Denis Mukwege i Nadia Murad, Premi Nobel de la Pau 2018

El Comitè Nobel Noruec ha anunciat la concessió del Premi Nobel de la Pau del 2018 a Denis Mukwege i Nadia Murad “pels llurs esforços per posar fi a l’ús de la violència sexual com a armada de guerra i de conflicte armat“. El comitè recorda que fa 20 anys s’aprovà l’Estatut de Roma, normativa del Tribunal Penal Internacional, i que fa 10 anys el Consell de Seguretat de Nacions Unides aprovà la resolució 1820, que establia com a crim guerra i amenaça a la pau i seguretat internacionals l’ús de violència sexual com a armada de guerra i conflicte armat

Denis Mukwege

Denis Mukengere Mukwege (*Costermansville, Kivu, Congo, 1.3.1955) és diplomà en medicina a la Facultat de Burundi. S’especialitzà en ginecologia a la Universitat d’Angers. A Angers cofundà l’Esther Solidarité France-Kivu. El 1989 tornà al Congo per assumir la direcció mèdica de l’hospital de Lemera.

En el 1996, l’Hospital de Lemera fou destruït durant la guerra, i Mukwege es refugià a Nairobi. En el 2008 participà en la fundació de l’Hospital Panzi, de Bukavu, on han estat tractades 85000 dones, el 60% de les quals han patit violència sexual, molt sovint lligada a conflictes armats.

El 25 d’octubre del 2012, la casa de Mukwege fou assaltada per quatre homes armats. Llavors ell era fora de casa, però sí hi eren les filles, que foren retingudes com a hostatges. En tornar a casa, un dels guardes de Mukwege intervingué i fou mort pels assaltants. Davant d’aquest fet, Mukwege s’exilià a Europa, i no tornà a Bukavu fins el 14 de gener del 2013.

En el 2015 es doctorà en ciències mèdiques a la Universitat Lliure de Brussel·les, amb un tesi titulada “Étiologie, classification et traitement des fístules traumàtiques uro-génitales et génito-digestives basses dans l’est de la RDC”.

Nadia Murad

Nadia Murad (*Kojo, 1993) va nàixer al si d’una família iazidita. L’agost del 2014, Kojo i altres poblacions del districte de Sinjar patiren atacs sistemàtics del Daesh adreçats contra la població iazidita. A Kojo assassinaren a centenars de persones, i capturaren com a esclaves sexuals les dones joves, incloses menors. Nadia Murad, llavors de 21 anys, era una d’elles i fou sotmesa a abusos sexuals i l’amenaçaren de mort si no renegava de la fe iazidita. Es calcula que 3000 noies i dones iazidites patiren aquests abusos.

Després de tres mesos de captivitat, Murad aconseguí de fugir. En lloc segur denuncià obertament els abusos patits per ella i per la població iazidita. En el 2016 fou designada Ambaixadora de Bona Voluntat de Nacions Unides per la Dignitat de Supervivents de Tràfic Humà.

Publicat dins de 6. La Civilització | Envia un comentari

L’evolució dirigida d’enzims i anticossos (Frances H. Arnold, George P. Smith, Gregory P. Winter; Premi Nobel de Química 2018)

Bioquímica: La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha fet públic els noms dels guardonats amb el Premi Nobel de Química del 2018. L’ha repartit en dues meitats de 4,5 milions de corones sueques cadascuna. La primera meitat ha correspost a Frances H. Arnold “per l’evolució dirigida d’enzims“. La segona meitat se la repartiran George P. Smith i Sir Gregory P. Winter “per l’exposició en bacteriòfags de pèptids i anticossos“.

Frances H. Arnold

Frances H. Arnold (*Edgewood, Pennsylvania, 25.7.1956) es graduà en enginyeria mecànica i aeroespacial a la Princeton University (1979). Es doctorà en enginyeria química a la University of California, a Berkeley, el 1985. És professora d’enginyeria química, bioenginyeria i bioquímica del California Institute of Technology, a Pasadena.

George P. Smith

George P. Smith (*Norwalk, Connecticut, 10.3.1941) es graduà en biologia al Haverford College. Es doctorà en bacteriologia i immunologia a la Harvard University el 1970, amb Edgar Haber de supervisor. Després d’una estada a la University of Wisconsin, esdevingué professor de ciències biològiques a la University of Missouri, a Columbia.

Gregory P. Winter

Gregory P. Winter (*Leicester, 14.4.1951) es graduà en ciències naturals a la University of Cambridge (1973). En el mateix centre es doctorà el 1977, amb una tesi sobre la seqüència aminoacídica de la triptofanil-ARNt-sintetasa de Bacillus stearo-thermophilus, supervisada per Brian S. Hartley i George Brownlee. Desenvolupà la seva carrera en el MRC Laboratory of Molecular Biology, a Cambridge. En el 1989 fundà la Cambridge Antibody Technology, que havia de traslladar els seus estudis sobre humanització d’anticossos monoclonals i sobre l’ús del fag filamentós com a vector d’expressió de fragments d’anticossos.

L’evolució dirigida d’enzims

En el 1984, Manfred Eigen teoritzà sobre un procediment d’evolució dirigida d’enzims. La combinació de genoteques, de diverses generacions de mutagènesi i de cribatge es constituïa en una “màquina evolutiva” per a l’optimització d’enzims d’acord amb un criteri preestablert. En el 1993, Chen & Arnold combinaren quatre rondes de mutagènesi aleatòria (amb l’ús de polimerasa de baixa fidelitat) i cribatge d’activitat per aconseguir una variant de la proteasa subtilisina E capaç de funcionar a concentracions elevades (60%) de dimetilformamida (Chen & Arnold, 1993) amb una activitat 256 vegades superior a la de l’enzim originari.

El laboratori d’Arnold aprofundí en les diverses passes d’aquesta tècnica d’evolució dirigida d’enzims:
1) identificar l’enzim adient per a la tasca que hom cerca.
2) construir una genoteca que cobreixi les parts més essencials del gen d’aquest enzim.
3) identificar els criteris de selecció que conduir a un enzim òptim per a la tasca que hom cerca.
4) a partir de les seqüències que compleixen millor els criteris de selecció, crear una nova genoteca que cobreixi parts addicionals del gen d’estudi.
5) establiment de criteris de selecció més exigents, i d’ací tornar a la passa 4 els cicles que convingui.

L’evolució dirigida d’enzims, com tot procés evolutiu, té com a matèria primera la variabilitat. El grup d’Arnold, doncs, va haver de dedicar esforços a tècniques de mutagènesi, fossin aleatòries o selectives. Miyazaki & Arnold (1999) constataren la dificultat que la mutagènesi puntual pogués produir substitucions aminoacídiques, com Pro/Ala, Pro/Val, Leu/Val o Trp/Ser, que requereixen dues o tres substitucions nucleotídiques en el codó corresponents.

Esquema l’evolució dirigida (cicle exterior) comparada amb l’evolució natural (cicle interior). La variabilitat és introduïda amb l’ús d’una polimerasa de baixa fidelitat, que produeix una mutagènesi aleatòria. La selecció es fa en un sistema d’expressió adequat, capaç de discriminar positivament les variants més favorables a la finalitat que es persegueix. Les variants desitjades seran les que entraran en un nova generació de mutagènesi, mentre que es descarten les altres

Un altre element de la tècnica és el procés selectiu. El grup d’Arnold treballà particularment en microorganismes que depenien per a la supervivència en un medi extrem del desenvolupament de l’activitat enzimàtica d’interès. Per exemple, per a l’obtenció d’una para-nitrobenzil-esterasa per a solvents aquo-orgànics, el cribatge de mutants es feien a través de la capacitat de metabolitzar l’antibiòtic loracarbef (Moore & Arnold, 1996). Per a l’obtenció d’una para-nitrobenzil-esterasa termostable, el cribatge es feia per la supervivència a diferents temperatures en un medi amb loracarbef (Giver et al., 1998)

L’evolució dirigida permeté a Giver et al., 1998 d’aconseguir, després de sis rondes de mutagènesi aleatòria, p-nitrobenzil-esterases amb una major termostabilitat. Així, mentre si l’enzim originaria perdia fortament activitat a temperatures superiors a 50ºC, la variant 6sF9, funcionava amb una alta activitat específica fins i tot a 60ºC

El grup d’Arnold ha demostrat que no tan sols hom pot aconseguir enzims que realitzen les seves funcions a temperatures o a altres condicions diferents de les naturals, sinó que també es pot aconseguir modificar la mateixa activitat enzimàtica. Herger et al. (2016) aconseguiren fer evolucionar la triptòfan-sintasa de Pyrococcus furiosus perquè generés un aminoàcid diferent, el beta-metil-triptòfan. Kan et al. (2016) feren evolucionar l’activitat d’inserció de carbè del citocrom c de Rhodothermus marinus fins a adquirir la capacitat de formar enllaços C-Si, amb una eficiència quinze vegades superior a la de catalitzadors industrials.

En l’actualitat, l’evolució dirigida d’enzims s’empra en el desenvolupament de biocatalitzadors més resistents o que realitzin noves funcions.

L’exposició en bacteriòfags de pèptids i anticossos

En el 1985, George P. Smith desenvolupà l’ús del bacteriòfag filamentós f1 com a vector d’expressió: els productes peptídics dels gens clonats eren expressats en la superfície de la partícula vírica en una proteïna de fusió (Smith, 1985). Això simplificava els protocols de cribatge de genoteques, ja que els productes gènics podien ésser identificats per la seva unió específica a receptors o a anticossos (Parmley & Smith, 1988).

Esquema d’una partícula vírica d’un fag filamentós (“Inovirus”). Aquests bacteriòfags infecten enterobacteris. En l’esquema s’assenyala de color blau la proteïna de coberta pIII, que és l’habitualment utilitzada en les tècniques d’exposició. A més tenim la pVI (bruna), pVII (vermella), pVIII (verda) i pIX (fúcsia). En porpre s’indica l’ADN monocatenari que constitueix el genoma d’aquest tipus de virus

Aquests vectors d’expressió foren emprats aviat per estudiar antígens de Plasmodium falciparum, l’agent de la malària. Scott & Smith (1990) mostraren que aquest sistema es podia fer servir per confegir “llibreries d’epitops”, és a dir llibreries de pèptids amb les quals es podia assajar l’especificitat d’anticossos. De manera semblant, les llibreries de pèptids podien servir per a la identificació de fàrmacs que s’uneixin específicament a seqüències aminoacídiques.

Protocol de selecció clonal en un fag filamentós com a vector d’expressió. La introducció d’una seqüència genètica en el genoma del fag filamentós fa que la seqüència peptídica corresponent sigui expressada en una de les proteïnes de càpside viral. Amb un ligand adequat hom pot seleccionar els fags filamentosos que expressen el pèptid desitjat amb un cicle de rentats

Un raonament invers va fer el grup de Gregory P. Winter, que utilitzà el fag filamentós com a vector d’expressió dels gens V d’anticossos (McCafferty et al., 1990). Mostraren que les seqüències proteiques expressades retenien l’especificitat de l’anticòs originari. Això obria la porta al disseny d’anticossos de major afinitat per a ligands específics.

La combinació de la tècnica d’exposició en bacteriòfags filamentosos i l’evolució dirigida s’ha utilitzat en el desenvolupament d’anticossos sintètics amb finalitats farmacològiques. El primer fàrmac aprovat que s’obtingué per aquesta via fou el adalimumab, un anticòs bloquejant de TNFα, que és efectiu en diferents malalties inflamatòries. Qui desenvolupà l’adalimumab fou la Cambridge Antibody Technology, de Greg Winter

Lligams:

Filamentous fusion phage: novel expression vectors that display cloned antigens on the virion surface. G. P. Smith Science 228: 1315-1317 (1985)

Antibody-selectable filamentous fd phage vectors: affinity purification of target genes. Stephen F. Parmley, George P. Smith. Gene 73: 305-318 (1988)

Searching for peptide ligands with an epitope library. J. K. Scott, G. P. Smith. Science 249: 386-390 (1990).

Phage antibodies: filamentous phage displaying antibody variable domains. John McCafferty, Andrew D. Griffiths, Greg Winter, David J. Chiswell. Nature 348: 552-554.

Tuning the activity of an enzyme for unusual environments: sequential random mutagenesis of subtilisin E for catalysis in dimethylformamide. K. Chen, F. H. Arnold. PNAS 90: 5618-5622 (1993)

Directed evolution of a para-nitrobenzyl esterase for aqueous-organic solvents. Jeffrey C. Moore, Frances H. Arnold. Nat. Biotechnol. 14: 458-467 (1996).

Directed evolution of a thermostable esterase. Lori Giver, Anne Gershenson, Per-Ola Freskgard, and Frances H. Arnold. PNAS 95: 1280-12813 (1998).

Exploring nonnatural evolutionary pathways by saturation mutagenesis: rapid improvement of protein function. K. Miyazaki, F. H. Arnold. J. Mol. Evol. 49: 716-720 (1999)

Synthesis of β-Branched Tryptophan Analogues Using an Engineered Subunit of Tryptophan Synthase. Michael Herger, Paul van Roye, David K. Romney, Sabine Brinkmann-Chen, Andrew R. Buller, Frances H. Arnold. J. Am. Chem. Soc. 138: 8388-8391 (2016).

Directed evolution of cytochrome c for carbon–silicon bond formation: Bringing silicon to life. S. B. Jennifer Kan, Russell D. Lewis, Kai Chen, Frances H. Arnold 354: 1048-1051 (2016)

Publicat dins de 6. La Civilització | Envia un comentari

Pinces i polsos òptics (Arthur Ashkin, Gérard Mourou, Donna Strickland; Premi Nobel de Física, 2018)

Òptica: La Reial Acadèmia Sueca de Ciència ha comunicat els noms dels guardonats amb l’edició del 2018 del Premi Nobel de Física. El Premi Nobel de Física ha estat atorgat a tres investigadors “per invencions pioneres en el camp de la física de làser“. El Premi, de 9 milions de corones, s’ha dividit en dues meitats. La primera ha correspost a Arthur Ashkin, “per les pinces òptiques i la llur aplicació en sistemes biològics“. La segona s’ha dividit alhora entre Gérard Mourou i Donna Strickland, a qui se’ls reconeix “per llur mètode de generar polsos òptics d’alta intensitat i ultra-breus“.

Arthur Ashkin

Arthur Ashkin (*Brooklyn, 2.9.1922) estudià a la Columbia University. Mobilitzant durant la Segona Guerra Mundial, fou destinat com a reserva i treballà en el Radiation Lab de la universitat en la construcció de magnetrons per als sistemes militars de radars. Graduat en física, passà a la Cornell University, on es doctorà el 1952. Desenvolupà la seva carrera a Bell Laboratories, a Holmdel. A partir del 1960 començà a treballar en el camp de les microones, des d’on passaria més tard a la recerca en làsers. El 1992 es retirà de Bell Labs. Des de llavors ha fet recerca a Lucent Technologies i al seu laboratori domèstic.

Gérard Mourou

Gérard Mourou (*Arbèrtvile, Savouè, 22.6.1944) es doctorà el 1973. Ha realitzat la seva carrera a l’École Polytechnique de Palaiseau, i a la University of Michigan d’Ann Arbor. El 1990 fundà el Center for Ultrafast Optical Science (CUOS). Actualment dirigeix el Laboratoire d’Optique Appliquée de l’ENSTA.

Donna Strickland

Donna Strickland (*Guelph, Ontario, 27.5.1959) es graduà en enginyeria física a la McMaster University el 1981. Es doctorà a la University of Rochester el 1989 amb una tesi sobre l’amplificació de polsos estridents, amb Mourou de supervisor. És professora de la University of Waterloo (Canada), ob lidera un grup de recerca en làsers ultraràpids.

Les pinces òptiques

En el 1958, Arthur L. Schawlow i Charles H. Townes, dels Bell Telephone Laboratories de NJ, anunciaven els principis de l’amplificació d’ones per emissió estimulada de radiació (maser) per a la llum visible (maser òptic) i per a la radiació infraroja (maser infraroig). El maser òptic esdevingué conegut com a làser ja en la dècada dels 1960, com una llum coherent, direccional, monocromàtica i intensa, i se n’exploraren les aplicacions.

En el 1969, Arthur Ashkin estudiava l’acceleració i captura de partícules de mida micromètrica a través de la pressió de radiació d’un làser continu (Ashkin, 1970). A partir d’aquests estudis, Ashkin postulava que la combinació de dos feixos làser podria ser capaç de vehicular partícules en “pous òptics”.

Esquema del funcionament d’una pinça làser d’un sol feix. Un objecte dielèctric (en blau) és atret al centre del feix

En el 1986, el grup d’Ashkin aconseguia per primera vegada la captura òptica de partícules dielèctriques amb la força de gradient d’un sol feix làser (Ashkin et al., 1986). Aquesta trampa, que feia ús de la pressió òptica negativa, funcionava en el medi aquós en partícules de 25 nm a 10 μm. Eventualment, aquest dispositiu fou conegut com a “pinces òptiques”. Ashkin & Dziedzic (1987) aplicaren les pinces òptiques a la manipulació de virus (virus del mosaic de tabac) i de bacteris (Escherichia coli). Ashkin & Dziedzic (1989) aplicaren pinces de làser d’infraroig per a manipular l’interior de cèl·lules vegetals vives. Amb una pinça d’infraroig, Ashkin et al. (1990) arribaren a estimar en 2,6·10-7 dines la força generada per un motor associat a microtúbuls de l’ameba gegant Reticulomyxa. S’introduïa d’aquesta manera una eina de micromanipulació per a la biologia cel·lular.

Polsos òptics d’alta intensitat i precisió

En el desenvolupament de làsers d’alta precisió, hom treballà des del 1970 en la consecució de polsos òptics de la durada més breu possible i de la intensitat més elevada possible. En el 1985, Donna Strickland i Gerard Mourou presentaven un dispositiu per a la compressió de polsos òptics estridents amplificats, amb el qual aconseguien pols làser de 1,06 μm amb amplades de 2 ps i energies de l’ordre de milijoules. Aquesta tècnica, coneguda com a CPA (chriped pulse amplification), funcionava en tres passes:
– 1. Un pols làser ultra-breu procedent d’un làser de mode tancat Nd:YAG és perllongat en el temps (durant 300 ps) dins d’una fibra òptica de manera que se’n redueix el pic de potència original (de l’ordre de nanojoules).
– 2. S’amplifica el senyal en un amplificador regeneratiu de Nd:vidre.
– 3. Es recomprimeix el senyal fins a la durada originària (2 ps), obtenint un pic de potència molt més elevat que l’original (1 mJ).

El grup de Mourou millorà la tècnica substituint, en l’etapa inicial de descompressió, la fibra per un parell de reixetes de difracció (Pessot et al., 1987). Així fou com arribaren a amplificar polsos estridents de l’ordre nanojoules a l’ordre de joules (Maine et al., 1988).

Esquema de la tècnica CPA, que combina seriadament la dispersió, amplificació i recompressió d’un pols òptic. La tècnica CPA ha trobat aplicacions en la recerca bàsica (física de camps forts, estudi de processos que tenen lloc en l’escala temporal d’attosegons, desenvolupament d’acceleradors de làster-plasma), en la medicina (làsers de femtosegons per cirurgies oftalmològiques) i en processos industrials d’alta precisió.

Lligams:

Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Pressure. A. Ashkin. Phys. Rev. Lett. 24: 156 (1970).

Compression of amplified chirped optical pulses. Donna Strickland, Gerard Mourou. Opt. Commun. 56: 219 (1985).

Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. A. Ashkin, J. M. Dziedzic, J. E. Bjorkholm, Steven Chu. Opt. Lett. 11: 288 (1986).

Optical trapping and manipulation of viruses and bacteria. A. Ashkin, J. M. Dziedzic. Science 235: 1517-1520 (1987)

1000 times expansion/compression of optical pulses for chirped pulse amplification. M. Pessot, P. Maine, G. Mourou. Opt. Commun. 62: 419 (1987).

Generation of ultrahigh peak power pulses by chirped pulse amplification. P. Maine, D. Strickland, P. Bado, M. Pessot, G. Mourou. IEEE J. Quantum Electron. QE-24: 398 (1988).

Internal cell manipulation using infrared laser traps. A. Ashkin, J. M. Dziedzic. PNAS 86: 7914-7918 (1989).

Force generation of organelle transport measured in vivo by an infrared laser trap. A. Ashkin, Karin Schütze, J. M. Dziedzic, Ursula Euteneuer, Manfred Schliwa. Nature 348: 346-348 (1990)

Publicat dins de 6. La Civilització | Envia un comentari

Immunoteràpia contra el càncer (James P. Allison i Tasuku Honjo, Premi Nobel de Medicina, 2018)

Oncologia: L’Assemblea Nobel del Karolinska Institute ha comunicat que el premi Nobel de Fisiologia o Medicina d’enguany s’ha concedit a James P. Allison i a Tasuku Honjo “per la descoberta de teràpia del càncer a través de la inhibició de la regulació negativa immune“. Entre les adaptacions que mostren els tumors per tal de sobreviure i expandir-se en el cos hi ha mecanismes d’inhibició de la resposta immune, que els permetin resistir eventuals atacs del sistema immunitari de l’hoste. Allison i Honjo dissenyaren immunoteràpies precisament basades en inhibir aquesta regulació negativa, facilitant doncs l’atac immune del propi organisme contra els tumors. L’anticòs anti-CTLA-4 desenvolupat per Allison es traduí en l’ipilimumab, fou aprovat el 2011 amb el nom de Yervoy, per al tractament del melanoma metastàtic.

En aquest esquema Mattias Karlén representa l’acció de CTLA-4 i de PD-1 en la regulació de l’activació dels limfòcits T. Aquesta activació depèn de la interacció del limfòcit T amb una cèl·lula presentadora d’antígens (APC). L’estímul principal consisteix en el reconeixement per part del receptor de cèl·lula T (TCR) de l’antigen específic corresponent presentat en el complex major d’histocompatibilitat (MHC) de la cèl·lula presentadora. El coestímul no és específic, però assenyala si el context de l’antigen és o no inflamatori. El CTLA-4 s’uneix al coestímul, però amb una acció inhibidora de l’activació de la cèl·lula T. El PD-1 s’uneix a ligands de la membrana de la cèl·lula presentadora d’antígens i té també una acció inhibidora de l’activació. Anticossos bloquejants de la CTLA-4 o de la PD-1 tindrien un efecte estimulador per als limfòcits T que trobessin els seus antígens en les APC.

James P. Allison

James P. Allison (*Alice, Texas, 7.8.1948) es graduà en microbiologia el 1969. El 1973, es doctorà en ciències biològiques a la University of Texas, Austin, sota la supervisió de G. Barrie Kitto. En 1985 esdevingué professor d’immunologia del Cancer Research Laboratory (CRC) de la University of California, Berkeley. Fou allà i en el M. D. Anderson Cancer Center, que Allison estudià els mecanismes de les respostes dels limfòcits T, que tenen un rol crucial en el sistema immunitari. Juntament amb Jeff Bluestone, mostrà que la CTLA-4 és una proteïna inhibidora de la resposta de les cèl·lules T. En el 1996, assajà el bloqueig amb anticossos anti-CTLA-4 com a procediment per enfortir les respostes immunes antitumorals fins a assolir el refús del tumors en un model de ratolí.

Tasuku Honjo

本庶 佑 (Kioto, 27.1.1942) es doctorà a la Facultat de Medicina de la Universitat de Kioto el 1966. Realitzà una estada entre 1971 i 1974 al Department of Embriology de la Carnegie Institute of Washington. En el 1975 defensà una tesi doctoral de química mèdica al mateix centre, realitzada sota la supervisió de Yasutomi Nishizuka i Osamu Hayaishi. A partir del 1979 fou professor titular del Departament de Genètica de l’Escola de Medicina de la Universitat d’Osaka. El 1984 passà a la Universitat de Kioto.

A principi dels 1980, contribuí a aclarir les bases genètiques de l’especificitat clonals dels limfòcits B. En el 1992 identificà el PD-1, gen important en l’activació dels limfòcits T.

La inhibició de regulació immune negativa

Les malalties neoplàsiques consisteixen en la proliferació incontrolada de cèl·lules transformades que resulta en la interferència de la integritat estructural o funcional de teixits i òrgans sans. L’oncologia encara avui utilitza preferentment tractaments quirúrgics o citotòxics (radioteràpia, quimioteràpia). Però ja fa més d’un segle que hi ha hagut interès en immunoteràpies, és a dir en estratègies basades en estimular l’atac del propi sistema immunitari sobre els tumors. Han hagut de passar dècades i dècades de coneixement bàsic cada vegada més profund per aconseguir finalment, gairebé amb comptagotes, l’aprovació de fàrmacs efectius contra algunes neoplàsies.

En el sistema immunitari hi ha un equilibri entre els senyals immunogènics (que promouen la resposta immune) i els senyals tolerigènics (que inhibeixen la resposta immune). La tolerància immunològica és necessària per preservar l’organisme d’atacs autoimmunes. En general, el sistema immunitari s’adreça a la contenció de microorganismes potencialment patogènics. Les resposta immunitària pot ésser humoral (mediada per les gammaglobulines o anticossos) o cel·lular. El principal tipus cel·lular en la resposta immune és el limfòcit T, que no tan sols participa en la resposta cel·lular directa (limfòcits T citotòxics) sinó també en la regulació de la resposta humoral (limfòcits T auxiliars).

Els limfòcits T disposen de receptors específics que són, a la vegada, els que els donen una especificitat clonal contra un cert antigen. Si els limfòcits T troben “el seu” antigen poden activar-se. Però aquesta activació no sols depèn de l’antigen sinó també del context en el qual es presenta aquest antigen. És en aquesta interacció on el destí del limfòcit T dependrà de factors acceleradors immunogènics i frenadors tolerigènics.

En els anys 1990, el laboratori de James P. Allison, de Berkeley, estudià el rol de CTLA-4 com a inhibidor o fre de l’activació del limfòcit T. Mentre altres grups estudiaven el CTLA-4 com a diana per frenar malalties autoimmunes, el d’Allison pensava en el bloqueig del CTLA-4 com a base d’una immunoteràpia. L’hivern del 1994-1995, trobaren que anticossos bloquejants de CTLA-4 estimulaven l’atac immune contra tumors en un model de ratolí (Leach et al., 1996). Més endavant assajaren el bloqueig de CTLA-4 en un model de càncer de pròstata en ratolí (Kwon et al., 1997). El grup participaria després en un assaig clínic d’aquest bloqueig en pacients amb metàstasis avançades (Hodi et al., 2003)

En el 1992, el grup de Tasuku Honjo, de Kioto, descobrí en la membrana de limfòcits T la proteïna PD-1 (Ishida et al., 1992), producte d’un gen de la superfamília de les immunoglobulines. La caracteritzaren com una proteïna inhibidora de l’activació de limfòcits T (Freeman et al., 2000). El grup de Honjo investigà el bloqueig de la PD-1 com a eina immunoteràpica en el càncer (Iwai et al., 2005).

A començament de la dècada present arribaven les aprovacions de fàrmacs basats en anticossos monoclonals anti-CTLA-4 (Ipilimubab, 2011) i anti-PD-1 (Pembrolizumab, 2014) per a tractaments oncològics concrets (en vam parlar ací el mes de juny del 2013). Hom parla d’immunoteràpia de control en el sentit que la teràpia cerca superar controls limitadors de la resposta de limfòcits T. Molts tipus de tumors aconsegueixen evadir la resposta immunitària a través de les vies de CTLA-4 i PD-1. La immunoteràpia de control té com a principal contraindicació una resposta immune incontrolada. L’estratègia anti-PD-1 sembla la més efectiva, encara que també són prometedores les combinacions anti-CTLA-4 i anti-PD-1.

Lligams:

Induced expression of PD-1, a novel member of the immunoglobulin gene superfamily, upon programmed cell death. Y. Ishida, Y. Agata, K. Shibahara, T. Honjo. EMBO J. 11: 3887-3895 (1992).

Enhancement of antitumor immunity by CTLA-4 blockade. Dana R. Leach, Matthew F. Krummel, James P. Allison. Science 271: 1734-1736 (1996).

Manipulation of T cell costimulatory and inhibitory signals for immunotherapy of prostate cancer. Eugene D. Kwon, Arthur A. Hurwitz, Barbara A. Foster, Christopher Madias, Andrew L. Feldhaus, Norman M. Greenberg, Maurice B. Burg, James P. Allison. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 94: 8099-8103 (1997).

Engagement of the Pd-1 Immunoinhibitory Receptor by a Novel B7 Family Member Leads to Negative Regulation of Lymphocyte Activation. Gordon J. Freeman, Andrew J. Long, Yoshiko Iwai, Karen Bourque, Tatyana Chernova, Hiroyuki Nishimura, Lori J. Fitz, Nelly Malenkovich, Taku Okazaki, Michael C. Byrne, Heidi F. Horton, Lynette Fouser, Laura Carter, Vincent Ling, Michael R. Bowman, Beatriz M. Carreno, Mary Collins, Clive R. Wood, Tasuku Honjo. J. Exp. Med 192: 1027-1034 (2000).

Biologic activity of cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4 antibody blockade in previously vaccinated metastatic melanoma and ovarian carcinoma patients. F. Stephen Hodi, Martin C. Mihm, Robert J. Soiffer, Frank G. Haluska, Marcus Butler, Michael V. Seiden, Thomas Davis, Rochele Henry-Spires, Suzanne MacRae, Ann Willman, Robert Padera, Michael T. Jaklitsch, Sridhar Shankar, Teresa C. Chen, Alan Korman, James P. Allison, Glenn Dranoff. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 100: 4712-4717 (2003).

PD-1 blockade inhibits hematogenous spread of poorly immunogenic tumor cells by enhanced recruitment of effector T cells. Yoshiko Iwai, Seigo Terawaki, Tasuku Honjo. Int. Immunol. 17: 133-144 (2005).

Publicat dins de 6. La Civilització | Envia un comentari

Detecten esteroides en fòssils de “Dickinsonia”, un animal ediacarà de fa més de 555 milions d’anys

Paleobioquímica: Clàssicament, s’ha considerat el període Cambrià (fa 541-485 milions d’anys) com l’inici de la fanerobiota, és a dir dels organismes pluricel·lulars macroscòpics. El cert, però, és que ja abans havien aparegut organismes complexos. La biota ediacarana és la més destacada amb organismes complexos del precambrià. Visqué fa 570-541 milions d’anys, i les seves restes han estat identificades en roques sedimentàries de Namíbia, Austràlia, Rússia, Xina, Canadà, Gran Bretanya, etc. Tenim fòssils ediacarans de considerable preservació, però això mateix ha provocat enormes controvèrsies sobre la relació taxonòmica d’alguns dels organismes ediacarans amb els organismes cambrians posteriors. Un exemple d’això és Dickinsonia, un organisme oval amb simetria bilateral. Quina relació té Dickinsonia amb els metazous o amb els metazous bilaterals en concret? Ilya Bobrovskiy et al. han realitzat un estudi, que publica ara la revista Science, del component lipídic de fòssils de Dickinsonia, i hi han trobat esteroids, indici que aquest organisme tenia la capacitat de produir colesterol. La síntesi de colesterol es considera una de les sinapomorfies dels metazous, de forma que caldria considerar Dickinsonia com un membre basal d’aquest grup. Així doncs, Dickinsonia seria l’animal macroscòpic més antic confirmat.

Motllo fòssil de “Dickinsonia costata”, procedent d’Austràlia

Biomarcadors lipídics en fòssils de Dickinsonia

Ilya Bobrovskiy fa la tesi doctoral en biogeoquímica a la Research School of Earth Sciences de la Australian National University, de Canberra. El seu supervisor és Jochen J. Brocks, professor associat de la mateixa escola, i líder del grup de paleobiogeoquímica. Al mateix centre treballa Janet M. Hope.

Andrey Ivantsov és membre de l’Institut Paleontològic Borissiak de l’Acadèmia Russa de Ciència, amb seu a Moscou.

Benjamin J. Nettersheim treballa al Max Planck Institute for Biogeochemistry, amb seu a Jena. D’aquest centre també és Christian Hallmann, que alhora és membre de MARUM, el Centre de Ciències Ambientals Marines de la Universitat de Bremen.

Aquests sis investigadors publiquen a la revista Science una recerca sobre els biomarcadors lipídics de Dickinsonia.

El gènere Dickinsonia fou descrit en el 1946 per Reg Sprigg (1919-1994) a partir espècimens trobats a la quartzita de Rawnsley de Flinders Ranges (Austràlia del Sud). Sprigg anomenà “Dickinsonia” aquest fòssil precambrià en homenatge a Ben Dickinson, llavors Director de Mines d’Austràlia del Sud, organisme pel qual treballava, al capdavall, Sprigg. Amb el temps Dickinsonia esdevindria un dels gèneres emblemàtics de l’anomenada biota o fauna ediacarana o vendiana, considerada un antecedent directe de la imminent radiació cambriana que faria saltar la biosfera del criptozoic al fanerozoic. El gènere Dickinsonia també ha estat trobat en la formació Mogilev, a la conca del Dniester, o a les formacions Lyamtsa, Verkhova, Zimnegory i Yorga en la Regió d’Arkhangelsk, o a la formació Chernokamen dels Urals Centrals. D’acord amb l’antiguitat d’aquests dipòsits, Dickinsonia visqué en un ample radi geogràfic en un rang temporal que va dels 558 a 555 milions d’anys abans del present.

Els fòssils de Dickinsonia són motllos o impressions negatives en roques sedimentàries. Cal pensar que era un organisme bèntic, és a dir un habitants de fonts sorrencs marins. Dickinsonia, com la pràctica totalitat dels macrofòssils ediacarans, tenen un aspecte de gran exotisme, completament diferent a la dels “plans corporals” dels organismes actualment vivents o dels fòssils de tota l’era fanerozoica. Què és Dickinsonia? Uns pensen que és un animal marí, un metazou, un representant d’un dels grups precambrians d’aquest regne biològic que tanta radiació experimentaria uns poques desenes de milions d’anys més tard. Uns altres pensen que és en realitat un organisme unicel·lular gegant. Uns tercers creuen que era el resultat de la simbiosi d’un protofong i d’una protoalga, tal com si fos un protolíquen marí.

La presència d’esteroids indica que Dickinsonia tenia la capacitat de sintetitzar colesteroids

La major part del contingut lipídic dels fòssils de Dickinsonia, d’acord amb els estudis biogeoquímics de Bobrovskiy et al., eren colesteroids. La síntesi de colesteroids és considerada una de les sinapomorfies definitòries dels metazous. Així doncs, segons aquests autors, aclareix finalment la filogènia de Dickinsonia que seria, doncs, un animal basal. D’aquesta manera seria justificat d’incloure’l en la “fauna ediacarana”.

L’anell esteroid

Dickinsonia és, doncs, l’animal macroscòpic confirmat més antic del qual es té notícia, amb una antiguitat de 558 milions d’anys. Alhora, indica que la biota ediacarana fou un preludi de la radiació cambriana de la vida animal.

Lligams:

Ancient steroids establish the Ediacaran fossil Dickinsonia as one of the earliest animals. Ilya Bobrovskiy, Janet M. Hope, Andrey Ivantsov, Benjamin J. Nettersheim, Christian Hallmann, Jochen J. Brocks. Science 361: 1246-1249 (2018).

Chemical clues to the earliest animal fossils. Roger E. Summons & Douglas H. Erwin. Science 361: 1198-1199 (2018)

Publicat dins de 4. L'Animal | Envia un comentari

Muntanyes russes per eliminar càlculs renals i altres recerques guardonades amb els Premis Ig Nobel 2018

Ja ens acostem al mes d’octubre, el mes dels Premi Nobel, o més ben dit el mes la primera setmana de la qual es fa públic el llistat de guardonats de l’any amb els premis en memòria de l’inventor de la dinamita. Des de fa 27 anys, aquesta setmana ve precedida per la cerimònia dels Premis Ig Nobel. Ahir precisament es feren públic i els concediren els 28ens Premis Ig Nobel, en una cerimònia celebrada, com és costum, al Sanders Theatre de Harvard. Muntanyes russes per eliminar càlculs renals, imitacions entre humans i ximpanzés, mosques en el vi, les propietats netejadores de la saliva humana, l’autocolonoscòpia, els manuals d’instruccions desoïts, les calories d’una dieta caníbal, la justícia en el trànsit, la monitorització amb segells de la tumescència penil nocturna i el vudú contra quefes xungos són les recerques “premiades” enguany.

Avaluació de l’efecte de pujar en una muntanya russa sobre el passatge de càlculs renals (Premi Ig Nobel de Medicina, 2018)

El Premi Ig Nobel de Medicina ha estat concedit a Marc Mitchell i David Wartingerper utilitzar pujades a les muntanyes russes per provar d’accelerar el passatge de càlculs renals“. Wartinger recollí el premi ahir a Harvard.

El premi l’han rebut per l’article titulat “Validation of a Functional Pyelocalyceal Renal Model for the Evaluation of Renal Calculi Passage While Riding a Roller Coaster“, publicat l’octubre del 2016 a The Journal of the American Osteopathic Association. Els uròlegs nord-americans Mitchell i Wartinger utilitzen un model renal pielocaliceal en la identificació i avaluació d’activitats capaces de desallotjar càlculs renals del calze renal. Concretament són interessats en avaluar si pujar a la muntanya russa facilita el passatge de càlculs caliceals. El seu model consisteix en simulador d’ureteroscòpia i renoscòpia de la casa Ideal Anatomic, que Mitchell & Wartinger han modificat. El model es construí a partir de la tomografia computeritzada d’un pacient amb càlculs renals, i de fet, Mitchell & Wartinger empren tres càlculs renals de mides diferents procedents d’aquest mateix pacient. Els càlculs renals foren introduïts en el model anatòmic, prèviament omplert d’orina. I el model fou passejat 20 vegades en el Big Thunder Mountain Railroad de Disney World, a Orlando (Florida).

Anatomia del ronyó. Els calzes menors recullen el producte de la filtració de les piràmides renals, i desemboquen en calzes majors que s’uneixen en la pelvis renal.

En total, Mitchell & Wartinger analitzaren 60 càlculs renals. Quan el model anatòmic seia en el primer vagó, la taxa de passatge era de 4 de 24. Quan seia en el vagó final, la taxa de passatge era de 23 de 36. Com més amunt del calze renal era el càlcul, més elevada era la taxa de passatge. Mitchell & Wartinger concloïen que per al passatge de pedres del ronyó era millor seure en el darrer vagó de les muntanyes russes.

La imitació creuada entre els ximpanzés d’un zoo i els humans que el visiten (Premi Ig Nobel d’Antropologia, 2018)

Elainie Madsen (a l’esquerra)

En Premi Ig Nobel d’Antropologia del 2018 ha estat concedit a Tomas Persson, Gabriela-Alina Sauciuc i Elainie Madsen, “per aplegar proves que, en un zoo, els ximpanzés imiten els humans tan sovint, i tan bé, com els humans imiten els ximpanzés“. Persson i Sauciuc recolliren el guardó ahir a Harvard.

El guardó ha estat concedit per l’article “Spontaneous Cross-Species Imitation in Interaction Between Chimpanzees and Zoo Visitors“, publicat el passat mes de gener a la revista Primates. Els tres investigadors de la Universitat de Lund bastiren aquest estudi observacional amb la finalitat de comparar les capacitats d’imitació de dues espècies de primats, humans i ximpanzés. Els subjectes foren cinc ximpanzés del Zoo de Furuvik i visitants humans del zoo que provaven d’interactuar amb els ximpanés o que foren els objectes aparents d’accions dels ximpanzés. Les dades foren recollides amb bolígraf i paper durant 21 dies de l’estiu del 2013, suposant un total de 52 hores d’observacions. S’anotaren 3794 observacions, de les quals 2211 foren accions de visitants i 1579 accions de ximpanzés. De tots els episodis d’interacció bidireccional la taxa d’accions imitatives fou del 37%. De fet, per a totes dues espècies, vora un 10% de les accions registrades eren imitatives. La precisió de la imitació era semblant en totes dues espècies. Els autors concloïen que els ximpanzés tenen la capacitat de fer imitacions espontànies que poden acomplir una funció comunicativa.

La detecció organolèptica d’una mosca en el vi (Premi Ig Nobel de Biologia, 2018)

La mosca del vinagre (“Drosophila melanogaster”)

El Premi Ig Nobel de Biologia ha estat concedit a Paul Becher, Sebastien Lebreton, Erika Wallin, Erik Hedenstrom, Felipe Borrero-Echeverry, Marie Bengtsson, Volker Jorger i Peter Witzgalldemostrar que experts en vins poden identificar fiablement, per l’olor, la presència d’una única mosca en un got de vi“. Becher, Lebreton, Borrero-Echeverry i Witzgall recollien ahir el guardó a Harvard.

L’article recompensat ja té un títol provocatiu, de regust cinematògrafic, “The scent of the fly“, i amb ell aparegué al Journal of Chemical Ecology. El perfum a qui fa referència aquest títol és el (Z)-4-undecenal, un aldehid volàtil que fa de feromona en Drosophila melanogaster. Són les femelles les que produeixen Z4-11Al, a una taxa d’uns pocs nanograms per hora, i amb ella no tan sols s’ajuden per aparellar-se sinó també en altres relacions comunicatives internes a l’espècie. Aquesta substància es pot fabricar per síntesi química i té mal gust per al paladar humà. De fet, l’ésser humà pot arribar a percebre pel gust fins i tot concentracions corresponents a les que sintetitzarien una sola mosca femella del vinagre. Com que la síntesi de Z4-11Al en Drosophila melanogaster és exclusiva de les femelles, això fa que potencialment sigui possible sexar els animals amb ella sola, com a alternativa a la tècnica clàssica d’observació amb una lupa dels genitals externs. Becher et al. utilitzaren un panell de tast, integrat per tastadors de vins, per veure fins a quin llindar serien capaços de detectar Z4-11Al afegit al vi. Amb aquests tastos arribaren a la conclusió que és possible percebre la presència d’1 ng de Z4-11Al sintètic en un got de vi, i que més enllà de 10 ng/got de vi, el mal gust era nítid. “Això”, afirmen Becher et al. “corrobora l’observació que un got de vi es malmet amb la sola caiguda d’una mosca del vinatgre a dins”, cosa que atribueixen a Z4-11Al, i per tant tan sols seria veritat per a les mosques femelles. És clar que això obre un interrogant, com declaren els mateixos autors: quin paper biològic té el Z4-11Al i altres aldehids en humans perquè els detectem i ens disgustin a concentracions tan baixes?

La saliva humana com a agent de neteja en superfícies brutes (Premi Ig Nobel de Química, 2018)

Estructura de l’alfa-amilasa, enzim de la saliva humana que contribueix a l’atac dels midons ja en la pròpia cavitat oral. Alhora, Romão et al. (1990) comprovaren que aquest enzim és el principal responsable de l’acció de neteja de la saliva sobre superfícies brutes.

El Premi Ig Nobel de Química del 2018 ha estat concedit a Paula M. S. Romão, Adília M. Alarcão i César A. N. Viana, per mesurar fins quin punt la saliva humana és un bon agent de neteja per superfícies brutes. La recerca guardonada té més vint-i-cinc anys, i un dels tres autors, Viana, ja no és entre nosaltres. Però les dues autores supervivents feren arribar als organitzadors del “Journal of Improbable Research” un vídeo d’acceptació.

L’article guardonat tenia un títol ben explícit, “Human Saliva as a Cleaning Agent for Dirty Surfaces“, i fou publicat l’agost del 1990 a la revista Studies in Conservation, òrgan de l’International Institute for Conservation of Historic and Artistic Works. L’interès per la saliva era doncs pel fet que el seu ús damunt de superfícies brutes “ha estat una pràctica intuitiva durant moltes generacions“, un costum que s’estenia fins i tot a conservadors de l’Instituto José de Figueiredo de Lisboa. El que feren Romão et al. era explorar la base científica d’aquesta intuició, a través de tests qualitatius i de tècniques cromatogràfiques. Els objectes d’estudi foren cinc escultures daurades i policromades del segle XVIII, sobre les quals aplicaren, en punts diferents, saliva, aiguarràs mineral, iso-octà, toluè i amoni diluït. Alhora la saliva analitzada per cromatografia de bescanvi iònic, de forma que s’obtinguren diferents fraccions enzimàtiques. Amb cromatografia de capa fina, s’assajà la capacitat d’arrossegar lípids de la brutícia per part de saliva i de les seves fraccions. Amb aquests mètodes identificaren l’alfa-amilasa com el principal responsable del poder de neteja de la saliva. Amb aquesta informació, els autors comparaven la saliva humana amb preparacions amilàsiques derivades del pa i de microorganismes.

L’autocolonòscopia per a trobar noves aplicacions d’un colonoscopi pediàtric (Premi Ig Nobel d’Educació Mèdica, 2018)

Akira Horiuchi

El Premi Ig Nobel d’Educació Mèdica del 2018 ha estat concedit a Akira Horiuchipel report mèdic titular ‘Colonoscòpia en posició asseguda: lliçons apreses per l’autocolonoscòpia’“. Hourichi recollia ahir el premi.

El títol en anglès l’article era “Colonoscopy in the sitting position: lessons learned from self-colonoscopy by using a small-caliber, variable-stiffness colonoscope“, i el signaven Akira Horiuchi i Yoshiko Nakayama. L’article fou publicat a la revista Gastrointestinal Endoscopy el gener del 2006. Horiuchi, llavors com ara, era membre del Departament de Gastroenterologia de l’Hospital General Showa Inan, de Komagane, mentre que Nakayama era adscrit al Departament de Pediatria del mateix centre. L’objecte de l’article era un colonoscopi, PCF-P240AI, de la casa Olympus de Tòkio, de petit calibre i de rigidesa variable, pensat per a colonoscòpies en infants (d’ací la participació de Nakayama). El diàmetre extern (10,3 mm), la longitud de treball, el camp de visió i el rang de flexió de la punta eren semblants dels colonoscopis estàndards. Horiuchi es realitzà diverses sessions d’autocolonoscòpia amb el nou aparell. Ho feia assegut, a diferència de la posició supina habitual en les colonoscòpies d’adults. Amb els seus autoexperiments, Horiuchi arribava a la conclusió que aquest colonoscopi pediàtric resultava especialment útil en pacients amb dificultat per fer-hi colonoscòpies convencionals.

El consumidor davant de grossos manuals d’instruccions (Premi Ig Nobel de Literatura, 2018)

Blacker et al. (2014) exposaren als participants de l’estudi a l’ús de tota mena de productes i interfícies i dels manuals respectius: microones, forns, rentavaixelles, cercadors web, sistemes operatius, computadores, controls remots, càmeres digitals, mòbils, equips d’estereo, pantalles tàctils, etc.

El Premi Ig Nobel de Literatura 2018 ha estat concedit a Thea Blacker, Rafael Gomez, Vesna Popovic i M. Helen Thompsonper documentar que la majoria de gent que utilitza productes complicats no llegeix el manual d’instruccions“. Blacker recollia ahir el guardó.

L’article tenia un títol llarg i irònic: “Life Is Too Short to RTFM: How Users Relate to Documentation and Excess Features in Consumer Products“. Fou publicat en-línia el 28 juliol del 2014, i aparegué en el número de gener del 2016 de la revista Interacting with Computes. Possiblement el fet de repassar l’article amb motiu de la concessió de l’Ig Nobel ha fet necessari publicar un “corrigendum” per un parell d’errates. L’acrònim RTFM al qual fan referència Blacker et al., bo i evitant l’f-word és “Read The Field Manual”. El consell RTFM és reiterat als usuaris de productes informàtics, sobre tot quan el producte és prou complex com per exigir una abundosa documentació. Blacker et al. construïren al llarg de 7 anys un conjunt de qüestionaris administrats a 170 persones. Paral·lelament, feren estudis longitudinals durant 6 mesos, amb diaris i entrevistes, a 15 persones. D’aquesta experiència, Blacker et al. trobaren “que els manuals no els llegeix la majoria de la gent i que la majoria no utilitzen totes les prestacions de productes que usen regularment”. Blacker et al. veuen que els homes tendeixen més que no pas les dones a tots dos comportaments (no llegir el manual i no treure’n tot el profit al producte), i que els joves tendeixen a emprar menys els manuals que les persones més grans. Curiosament, les persones de més nivell acadèmic tendeixen a llegir menys els manuals. La complexitat funcional obliga a consultar més els manuals, però això justament comporta, segons l’estudi, experiències emocionals negatives.

L’impacte calòric en la dieta del canibalisme paleolític (Premi Ig Nobel de Nutrició, 2018)

Reconstrucció al Museu d’Atapuerca d’una pràctica de canibalisme registrada al nivell TD6 de la Gran Dolina (vg. Fernández-Jalvo et al., 1999)

El premi Ig Nobel de Nutrició 2018 ha estat concedit a James Coleper calcular que el consum calòric d’una dieta de canibalisme humà és significativament inferior que la ingesta calòrica de la majoria d’altres dietes tradicionals de carn. Cole recollia el premi ahir a Harvard.

L’article guardonat fou publicat l’abril del 2017 a Scientific Reports sota el títol de “Assessing the calorific significance of episodes of human cannibalism in the Palaeolithic“. Cole reconstruïa el valor nutricional humà d’acord amb dades publicades sobre la composició química del cos humà dels anys 1940 i 1950, així com de dades més recents sobre el pes dels músculs de les extremitats. A partir d’aquestes dades, Cole estimava el valor calòric de cada component corporal. Cole també fa un repàs de les dades arqueològiques sobre el canibalisme durant el paleolític que, si bé són escasses, sí assenyalen un valor nutricional a aquesta estratègia, per damunt dels usos purament rituals. Les dades de Cole indiquen que la carn humana tindria un valor nutricional comparable amb la carn d’animals d’un pes corporal semblant al nostre. Ara bé, quan es compara el valor nutricional de la carn humana amb el de les carns d’animals que s’associen a restes paleolítiques, Cole troba que el balanç és desfavorable per a la carn humana. Això fa que Cole pensi que l’antropofàgia entre els hominins no hauria estat motivada purament per raons nutricionals, i que caldria cercar l’explicació en factors socials o culturals. Més que el marc general, resulta interessant aquest article pels càlculs que fa d’episodis de canibalisme concrets que han registrat els paleoantropòlegs, per exemple els corresponents per a l’estatge TD6 de la Gran Dolina.

Cridar i maleir mentre hom condueix (Premi Ig Nobel de la Pau, 2018)

El Premi Ig Nobel de la Pau ha estat concedit a Francisco Alonso, Cristina Esteban, Andrea Serge, Maria-Luisa Ballestar, Jaime Sanmartín, Constanza Calatayud i Beatriz Alamarper mesurar la freqüència, motivació i efectes de cridar i maleir mentre hom condueix un automòbil“. Francisco Alonso recollia ahir el guardó.

El desembre del 2016, Alonso, Esteban, Serge i Ballestas publicaven al Journal of Sociology and Anthropology un article titulat eloqüentment “Shouting and Cursing while Driving: Frequency, Reasons, Perceived Risk and Punishment“. El punt de partida d’aquesta recerca eren els estudis que assenyalaven que els conductors que expressen comportaments més agressius són els que presenten un major risc de patir incidents o accidents de trànsit. Aquesta attitud agressiva s’associa, a més, amb una manca d’educació viària. Alonso et al. volien descriure els factors i percepcions relacionats amb el comportament agressiu d’insultar verbalment o escridassar mentre hom condueix. Amb una mostra inicial de 1.100 enquestes a conductors espanyols majors de 18 anys, i representatius per edat, sexe, regió i mida del municipi de residència, Alonso et al. concloïen que hi havia una alta prevalença d’aquest fenomen. La majoria de les expressions agressives solen ser precedides per factors subjectius com ara l’estrès, la fatiga i trets de personalitat.

Part d’aquest estudi ja havia aparegut en el 2005 editat a Cuadernos de Reflexión Attitudes amb el títol de “La Justicia en el Tráfico: Conocimiento y Valoración de la Población Española”, amb Alonso, Sanmartín, Calatayud, Esteban, Alamar i Ballestar com a autors.

La monitorització amb segell de la tumescència nocturna del penis (Premi Ig Nobel de Medicina Reproductiva, 2018)

El Premi Ig Nobel de Medicina Reproductiva 2018 ha estat concedit a John Barry, Bruce Blank, Michel Boileauper emprar segells postals per comprovar si l’òrgan sexual masculí funciona adequadament“. Els tres autors, gairebé tres dècades després de desenvolupar aquesta tècnica encara en ús, recolliren el guardó ahir a Harvard.

La recerca guardonada aparegué en forma d’article, amb el títol de Nocturnal penile tumescence monitoring with stamps, al número de febrer del 1980 de la revista Urology. En aquest article, els metges esmentats desenvolupaven una tècnica amb segells postals per tal de detectar ereccions nocturnes completes com a forma d’avaluar la impotència. Fonamentalment, es tractava de col·locar una anella de segells postals al voltant del penis, que s’obria en cas d’erecció. En l’assaig realitzat, Barry et al. detectaven correctament ereccions nocturnes completes en 22 homes potents i una absència d’ereccions nocturnes completes en 11 homes impotents. Pels autors, es tractava d’un test simple i útil d’impotència orgànica.

L’ús del vudú contra supervisors abusius (Premi Ig Nobel d’Economia, 2018)

El Premi Ig Nobel d’Economia 2018 ha estat concedit a Lindie Hanyu Liang, Douglas Brown, Huiwen Lian, Samuel Hanig, D. Lance Ferris i Lisa Keepingper investigar si és efectiu per als empleats emprar ninos de vudú per venjar-se de caps abusius“. Liang, Brown, Lian, Ferris i Keeping recollien ahir el guardó.

L’article premiat fou publicat en el número de febrer del 2018 de The Leadership Quarterly amb el títol cridaner “Righting a wrong: Retaliation on a voodoo doll symbolizing an abusive supervisor restores justice“. Els autors adoptaven la perspectiva d’un subordinat que pateix un tractament abusiu o insultant per part d’un supervisor. Si bé d’entrada afirmen que revenjar-s’hi és quelcom disfuncional i que cal desencoratjar, Liang et al. examinen el paper funcional que un intent de revenja pot tindre en termes d’alleujar les conseqüències negatives d’una supervisió insultant en les percepcions de justícia del subordinat. En aquest article Liang et al. presenten dos estudis experimentals. Entre les tècniques que ofereixen als participants hi ha la de clavar agulles a un nino de vudú que representa el supervisor abusiu.

Clavar agulles a un nino que representa un supervisor insultant disminueix la percepció d’injustícia patida pel subordinat. Un trist consol per a qui no cregui en el vudú, no obstant

Publicat dins de 5. La Intel·ligència | Envia un comentari

Una xarxa neural artificial per analitzar FRB 121102: Breakthrough Listen i l’origen dels esclats radioastronòmics ràpids

Radioastronomia: La recerca en intel·ligència estraterrestre ha fet dels radioesclats ràpids (FRB en l’acrònim anglès) un subjecte d’especial interès. El primer FRB fou descobert per Duncan Lorimer & David Narkevic fa més d’una dècada. L’únic FRB recurrent conegut és FRB 121102, i aquesta recurrència el fa encara més interessant. Hom calcula que FRB 121102 es troba en una galàxia situada a 3000 milions d’anys-llum. La iniciativa “Breakthrough Listen” per cercar signes de vida intel·ligent en l’univers estudia FRB 121102 a través de xarxes neurals artificials amb capacitat d’aprenentatge. L’Astronomical Journal ha acceptat un article d’investigadors de Breakthrough Listen en el qual reporten 72 esclats prèviament no-identificats de FRB 121102 amb l’ús d’aquesta estratègia d’aprenentatge mecànic.

Zhang et al. han administrat dades de FRB 121102 procedents del radiotelescopi de Green Bank (West Virginia) a una xarxa neural artificial, que hi ha identificat 72 episodis de fortes emissions de radioones. Les dades corresponen a observacions radioastronòmiques del 26 d’agost del 2017. En aquestes dades, hom ja havia detectat 21 esclats amb l’ús d’un algoritme de dedispersió. Zhang et al. mostren com el seu mètode de detecció amb xarxa neural i verificació per dedispersió és més efectiu que l’algoritme de dedispersió en termes de sensibilitat, de reducció de falsos positius i de velocitat de computació. Comptat i debatut, hom disposa ara de 93 polsos de FRB 121102 en les 5 hores d’observació del 26 d’agost del 2017. La majoria d’aquests polsos (45 de 93) es concentren en els primers 30 minuts. Zhang et al. observen tendències en la fluència de pols, en la taxa de detecció i en l’estructura de freqüència, però no han aconseguit observar cap periodicitat, i de fet la descarten per a períodes superiors a 10 ms.

Breakthrough Listen i FRB 121102

Yunfan Gerry Zhang estudia al Department of Astronomy de la University of California Berkeley, i fa part del Berkeley SETI Research Center, adscrit a aquesta universitat.

Vishal Gajjar és investigador post-doctoral al Berkeley SETI Research Center i al Space Sciences Laboratory de la mateixa universitat. Va fer la tesi doctoral (2015) sobre física d’emissions de pulsars.

Griffin Foster és investigador post-doctoral al Sub-Department of Astrophysics de la Oxford University, i també col·labora amb el Berkeley SETI Research Center i amb Department of Astronomy de Berkeley.

Andrew Siemion és el director del Berkeley SETI Research Center, i cap de la Breakthrough Listen Initiative. És investigador al Departament of Astronomy de Berkeley. És membre també del SETI Institute (amb seu a Mountain View, California). També té lligams amb la Universitat Radboud de Nijmegen, i amb l’Institute of Space Sciences and Astronomy de la Universitat de Malta.

James M. Cordes és professor d’astronomia a la Cornell University.

Casey J. Law és membre de Department of Astronomy de Berkeley.

Yu Wang fa la tesi doctoral al Department of Statistics de la University of California Berkeley. Treballa en estatística aplicada a l’aprenentatge mecànic.

Els FRBs són emissions transitòries de radioones amb una durada de l’ordre de milisegons. Les relacions de dispersió són compatibles amb una propagació a través de plasma fred, i això fa pensar que tenen un origen extragalàctic. De tots els FRBs detectats, tan sols un, FRB 121102 ha mostrat recurrència. Gràcies a aquesta recurrència hom ha pogut localitzar-ho: es trobaria en una galàxia nana amb un desplaçament al vermell de 0,193, corresponent a una distància de 3000 milions d’anys-llum.

De FRB 121102 hom disposa d’observacions del William E. Gordon Telescope (de l’Observatori d’Arecibo) i del Green Bank Telescope (a Virgínia Occidental). Amb elles, hom ha calculat per a la font emissora una rotació alta i variable, situada entre 1,33-1,45·105 rad·m-2, de la qual cosa es dedueix un ambient magneto-iònic elevat.

Les dades del Green Bank Telescope es captaren el 26 d’agost del 2017 a través del receptor de banda-C d’aquest radiotelescopi. Amb l’ús d’algoritmes convencionals, la iniciativa Breakthrough Listen detectà 21 polsos de FRB 121102 corresponents a un període de 5 hores. Ara, amb l’ús de xarxes neurals convolucionals, aquest nombre de polsos s’ha multiplicat.

Les xarxes neurals convolucionals tenen aplicacions en l’aprenentatge profund, com ara en la classificació de senyals, en el reconeixement de patrons, etc. Els investigadors ofereixen a les xarxes neurals dades crues, en aquest cas espectrogrames, i l’aprenentatge profund els permet assolir una major sensibilitat i especificitat, si bé no són capaces d’interpretar les prediccions que elles mateixes fan. Hom pot fornir aquesta interpretabilitat combinant-les amb els algoritmes de dedispersió, és a dir en fer que aquestes cerces de dedispersió verifiquin les identificacions realitzades prèviament per la xarxa neural.

Aquest sistema ha permès a Zhang et al. identificar més de 70 polsos que els havien passat desapercebuts en la primera anàlisi. A la vegada, aquesta tècnica és molt ràpida, capaç de funcionar a 70 vegades el temps real.

Amb aquests 90 polsos registrats en 5 hores, Zhang et al. estudien paràmetres de fluència, de temps d’arribada i d’estructura de freqüència. Però, com recerques anteriors, no hi han trobat signes de periodicitat. De fet, Zhang et al. consideren que, amb 99% de confiança, hom pot descartar tota periodicitat superior a 10 ms en els temps d’arribada.

FRB 121102 en el marc de la Breakthrough Listen Initiative

La iniciativa Breakthrough Listen (BL) fa ús d’observacions telescòpiques de radioones i de llum visible. La majoria dels objectes estudiats són estels propers, però també el pla galàctic de la Via Làctia i galàxies properes. El programa, però, també inclou objectes més exòtics, com ara fonts astronòmiques anòmales per a les quals no hi ha encara una explicació naturalística satisfactòria. En aquesta categoria, BL inclogué els FRBs.

Així doncs, el 26 d’agost del 2017, BL reservà una sessió de 6 hores d’observació amb el receptor de banda-C (4-8 GHz) del Green Bank Telescope. En total s’obtingueren 10 registres de 30 minuts cadascun de FRB 121102. Les dades tenen una resolució temporal de 0,35 ms i una resolució de freqüència de 365 kHz.

Inicialment, sobre aquestes dades, aplicaren algoritmes de dedispersió (HEIMDALL, FDMT, Bonsai, Amber, CDMT) per detectar-hi senyals. En total, hi detectaren 21, però sospitaren que alguns polsos haurien estat descartats indegudament.

Per això optaren per aplicar una tècnica d’aprenentatge mecànic, concretament d’aprenentage supervisat. Aquesta tècnica ensinistra un model a prendre decisions en un sistema etiquetat. Així, la xarxa neural convolucional rep unes entrades, que passen a través de múltiples capes, on es realitzen operacions convolucionals i no-linials. La capa final ofereix com a resultat una probabilitat de decisió. L’ensinistrament consisteix en modificacions del paràmetres dels nuclis convolucionals per fer coincidir les probabilitats calculades per la xarxa amb les esperades.

Zhang et al. submnistren a la xarxa neutral espectrogrames bidimensionals: amb un eix temporal (amb una resolució de 0,350 ms) i un eix de freqüència (de 4 GHz a 8 GHz, amb una resolució de 366 kHz). Els espectrogrames són dividits en 256 mostres temporalment consecutives.

El marc etiquetat d’entrenament consisteix en dues classes de mostres:
– mostres positives, és a dir que contenen, si més no, un pols FRB.
– mostres negatives, és a dir que només contenen soroll o interferències.

El conjunt d’ensinistrament consistí en 400.000 imatges d’espectrogrames, corresponents a 5 hores d’observació sense cap FRB conegut. Les primeres 4,5 hores es destinen a l’ensinistrament de la xarxa, i la darrera mitja hora a un test independent.

La xarxa neural consisteix en cinc capes convolucionals (conv0, conv1, conv2, conv3, conv4), damunt de la qual hi ha una capa d’obtenció de mitjanes (avg-pool) i una de plena connexió (fc). Les capes convolucionals es defineixen per l’altura i amplada dels pesos, i pel nombre de blocs en cada capa.

L’ensinistrament del model TensorFlow en una Nvidia Titan Xp GPU durà 20 hores.

Un retrat de FRB 121102

L’estructura de cada pols es defineix en termes de freqüència i de temps. Hi ha pols amb una única subestructura (p. ex. el pols 2) i d’altres amb diverses subestructures (3 en el cas del pols 1). Alguns dels polsos podrien consistir en subimatges d’un pols anterior. De vegades, resulta difícil distingir 1 pols independent d’un pols múltiples, especialment quan es tracten d’agregats que se succeeixen en uns pocs milisegons.

La conclusió més rellevant de Zhang et al. és la detecció de periodicitat en els polsos per a intervals superiors a 10 ms. Però potser l’aportació més valuosa consisteix en l’aplicació d’un sistema d’intel·ligència artificial en el tractament de dades radioastronòmiques.

Lligams:

Fast Radio Burst 121102 Pulse Detection and Periodicity: A Machine Learning Approach. Yunfan Gerry Zhang, Vishal Gajjar, Griffin Foster, Andrew Siemion, James Cordes, Casey Law, Yu Wang. Astrophysical Journal (2018).

Machine Learning Enables New Detections of FRB 121102, comunicat de premsa de Breakthrough Listen.

Artificial Intelligence Helps Find New Fast Radio Bursts, comunicat de premsa de SETI Institute.

Publicat dins de 1. L'Univers | Envia un comentari

La depleció selectiva de cèl·lules troncals metastàtiques en el tractament de càncer colorectal

Oncologia: Un dels objectius de la recerca oncològica es troba mecanismes que bloquegin la disseminació metastàtica de tumors. A través de la metàstasi, un determinat tipus de motor, originat en un òrgan, pot afectar altres òrgans: en aquesta fase el càncer s’agreuja i es fa molt més difícil de tractar. Un grup d’investigadors que fan part del CIBER de Bioenginyeria, Biomaterials i Nanomedicina (CIBER-BBN), amb seu a Barcelona, presenten a la revista EMBO Molecular Medicine una recerca sobre l’eliminació selectiva de cèl·lules troncals selectives en un model de càncer colorectal en ratolí. En el càncer colorectal, aquestes cèl·lules es caracteritzen per la sobreexpressió de CXCR4, receptor de membrana que n’augmenten les funcions de tràfic i la capacitat iniciadora de metàstasi. Céspedes et al. valoren l’activitat antimetastàtica d’un nanoconjugat (T22-GFP-H6-FdU) que allibera selectivament floxuridina (FdU) en cèl·lules CXCR4+. La floxuridina provoca dany en l’ADN d’aquestes cel·lules, la qual cosa en promou l’apoptosi. La depleció selectiva d’aquestes cel·lules redueix la capacitat de reiniciació tumoral. En aquest sentit, el nanoconjugat es demostra com més efectiu que l’administració d’oligo-FdU lliure, tant en cultius cel·lulars com en models de ratolí de CRC derivats de pacients. A més, el nanoconjugat afavoreix la regressió de metàstasis establertes: i no tan sols ho fa de forma més efectiva que l’oligo-FdU lliure, sinó amb una major selectivitat, en minimitzar la distribució o toxicitat de FdU en els teixits normals.

Céspedes et al. han estudiat en un model de ratolí un mecanisme per a l’eliminació selectiva de cèl·lules troncals metastàtiques de tumors colorectals. L’actuació es fa a través del receptor CXCR4, que caracteritza aquestes cel·lules

El control de la disseminació metastàtica: una necessitat mèdica encara no coberta

En el càncer colorectal (CRC), com en altres tipus de càncer, les metàstasis constitueixen la primera causa de mort. Hom disposa de teràpies adjuvants que limiten les metàstasis i que perllonguen la supervivència: però són tractaments altament tòxics i no completament eficaços. Es fa necessari el desenvolupament d’agents antimetastàtics menys tòxics i més efectius. Per assolir-ho, Céspedes et al. consideren que la recerca preclínica ha de centrar-se més en el control metastàtic que en el tumor primari, emprant models de càncer metastàtic. Aquesta recerca preclínica hauria de conduir a assaigs clínics en pacients sense metàstasi o amb una malaltia metastàtica limitada.

En un tumor, les cèl·lules troncals tumorals són aquelles que tenen capacitats d’autorenovació i diferenciació. Les cèl·lules troncals metastàtiques són aquelles que, a més d’aquestes capacitats, tenen funcions de tràfic. En el CRC s’ha identificat el receptor CXCR4, el qual confereix a les cèl·lules que l’expressen a la membrana una major capacitat de d’iniciació i de disseminació metastàtiques. Clínicament, un tumor CXCR4+ té un pitjor pronòstic.

Un dels objectius de la nanomedicina oncològica és la distribució selectiva de fàrmacs, que alhora que n’augmenta l’eficàcia en redueix la toxicitat. Fa uns anys, aquest grup de recerca produí el nanoconjugat T22-GFP-H6-FdU, a través de la unió covalent d’una nanopartícula proteica que és ligand de CXCR4. D’aquesta manera, el nanconjugat és captat selectivament per cèl·lules CXCR4+. El principi actiu del nanoconjugat és la FdU, floxuridina, un anàleg nucleotídic d’efectes citotòxics que s’utilitza ja actualment en el tractament de metàstasi de CRC en fetge.

Céspedes et al. mostren ara que T22-GFP-H6-FdU presenta una biodistribució selectiva cap a focus tumorals i metastàtics en models de ratolí de CRC (tant de línia cel·lular com de cèl·lules derivades de pacients). Els nanoconjugats són efectivament internalitzats per les cèl·lules CXCR4+ que, per la toxicitat de la FdU, entren en apoptosi.

El desenvolupament de T22-GFP-H6-FdU

El nanoconjugat T22-GFP-H6-FdU és integrat pels components següents:
– T22, que és ligand del receptor CXCR4.
– GFP, proteïna fluorescent verda, marcador que permet monitoritzar la seva distribució.
– H6: cua d’histina.
– oligo-FdU: oligonucleòtid de floxuridina. La conformació oligonucleotídica permet que cada nanoconjugat sigui portador d’una vintena de molècules de FdU.

L’activitat in vitro de T22-GFP-H6-FdU

En cultius cel·lulars de la línia CRC SW1417 es comprovà l’activitat in vitro del conjugat. Aquesta línia tumoral expressa CXCR4 de manera constitutiva en la membrana. Mitjançant la citometria de flux, Céspedes et al. comprovaren que el nanoconjugat era internalitzat per aquestes cèl·lules. El nanoconjugat era alhora més citotòxic que no pas l’administració d’oligo-FdU lliure.

L’activitat de T22-GFP-H6-FdU en models in vivo

El model subcutani de CXCR4+ SW1417 en ratolí s’aconsegueix amb el transplantament subcutani de cèl·lules d’aquesta línia tumoral en ratolí. En aquest model, Céspedes et al. analitzaren l’activitat del conjugat. Comprovaren la seva internalització selectiva. També comprovaren que l’administració d’AMD3100 (antagonista del CXCR4), bloquejava la internalització del nanoconjugat.

L’activitat antitumoral de FdU depèn de la formació de trencaments en la cadena doble de l’ADN (DSBs). Mitjançant γ‐H2AX IHC, Céspedes et al. seguiren el model subcutani de SW1417 en ratolí la formació de focus de DSBs. El nanoconjugat, efectivament, augmentava els focus de DSBs. També seguiren l’activitat caspasa-3 per immunohistoquímica: el nanoconjugat estimulava aquesta activitat, indicadora del procés apoptòtic (de suïcidi cel·lular). Amb la tinció de Hoechst podien seguir els nivells de mort cel·lular per condensació o defragmentació nuclear: el nanoconjugat resultava en aquest sentit també més efectiu que l’oligo-FdU lliure.

L’administració de T22-GFP-H6-FdU en aquest model de ratolí comportava, 48 hores després, una depleció selectiva de cèl·lules CXCR4+. Aquest efecte, però, era transitori, i a les 72 h, la fracció tumoral CXCR4+ ja s’havia recuperat ni que fos parcialment. En aquest sentit, l’oligo-FdU tenia un efecte menor i menys selectiu però més persistent. Céspedes et al. conclouen que un tractament amb nanocojugat hauria de seguir un interval de dosi de 3 dies.

El nanoconjugat en la formació d’esferoides tumorals in vitro

Quan una supensió de cèl·lules CXCR4+ és abocada en plaques de baixa adhesió i amb medi de cultiu, aquestes acaben format esferoïdes. Si es treball amb una línia SW1414 en la que s’ha transduït la luciferasa, hom pot seguir més fàcilment la formació d’aquestes estructures. En aquest assaig, Céspedes et al. comproven com el nanoconjugat redueix la formació d’esferoides.

El nanoconjugat en models de ratolí derivats de CRC de pacients

Un d’aquests models consisteix en la implantació en el cec de ratolins de cèl·lules tumorals procedents de CRC humans. Als 7 dies de la implantació, hom assajava l’administració de 100 μg de conjugat durant 2 dies consecutius. En ratolins sacrificats 24 hores després, era possible seguir els efectes del nanoconjugat sobre els tumors transplantats: el nanoconjugat bloquejava la intravasació.

En ratolins Swiss nude, el transplantament de cèl·lules bioluminiscents de CRC condueix a la formació de metàstasi en ganglis limfàtics i en pulmó. En aquest model, Céspedes et al. comprovaren que els nanoconjugats podien reduir la formació de metàstasi.

En un altre model de ratolí, amb transplantament ortotòpic de CRC M5 CXCR4+, el nanoconjugat impedia la formació de metàstasis hematògenes i transcelòmiques.

T22-GFP-H6-FdU: el primer compost que assoleix un efecte antimetastàtic selectiu

El nanoconjugat nucleoproteic T22-GFP-H6-FdU és un dels primers compostos que es demostra en recerca preclínica com a posseïdor d’un efecte antimetastàtic selectiu.

Lligams:

Selective depletion of metastatic stem cells as therapy for human colorectal cancer. María Virtudes Céspedes, Ugutz Unzueta, Anna Aviñó, Alberto Gallardo, Patricia Álamo, Rita Sala, Alejandro Sánchez‐Chardi, Isolda Casanova, María Antònia Mangues, Antonio Lopez‐Pousa, Ramón Eritja, Antonio Villaverde, Esther Vázquez, Ramón Mangues. EMBO Mol. Med. pii: e8772 (2018)

Publicat dins de 6. La Civilització | Envia un comentari

La reconstitució de la microbiota de la mucosa intestinal després d’un tractament amb antibiòtics

Un tractament amb antibiòtics contra una infecció pot acabar afectant els microorganismes comensals que formen part de la microbiota normal humana. Aquesta afectació rep el nom de disbiosi i, tradicionalment, se l’ha tractada amb l’ús de probiòtics, és a dir amb el consum d’aliments rics en alguns dels components de la microbiota intestinal, com són els iogurs i altres productes làctics amb presència de Lactobacillus. Però la bondat dels probiòtics en aquest context ha estat des de fa dècades matèria de controvèrsia. Un grup d’investigadors israelians, liderat pel gastroenteròleg Zamir Halpern, el bioinformàtic Eran Segal i l’immunòleg Eran Elinav, han examinat de manera invasiva els efectes de probiòtics en la reconstitució post-antibiòtica del microbioma de la mucosa intestinal en ratolins i en humans. L’han comparat amb un transplantament autòleg de microbioma fecal (aFMT) i amb l’absència de tractament. De fet, la recuperació espontània post-antibiòtica arriba a ésser més efectiva que la que es produeix amb un tractament amb probiòtic per tal d’assolir la reconstitució del microbioma originari. L’aFMT és més ràpid que la recuperació espontània. Aquests resultats els presenten ara en un article a la revista Cell. Els mateixos investigadors, en estudis in vitro, han comprovat com factors solubles secretats per Lactobacillus tenen un efecte inhibidor sobre el microbioma. Per a ells, aquestes dades mostren la necessitat de desenvolupar l’aFMT o probiòtics personalitzats per compatibilitzar la protecció de la mucosa amb la reconstitució del microbioma després d’un tractament amb antibiòtics que ho requereixi.

Mitjançant l’obtenció de mostres de lumen i de mucosa per biòpsia en humans i ratolins, Suez et al. pogueren seguir a través del transcriptoma l’evolució del microbioma després d’un tractament amb antibiòtics, seguint tres estratègies de recuperació: 1) administració de probiòtics; 2) transplantament autòleg de microbioma fecal; 3) recuperació espontània. Els probiòtics són efectius en establir-se com una protecció mucosal, però alhora inhibeixen la reconstitució del microbioma

La disbiosi posterior a un tractament amb antibiòtics

Entre els efectes gastrointestinals adversos d’un tractament antibiòtics les diarrees són especialment prevalent, amb un 5-35% segons els tractaments. Vora un 20% dels casos de diarrees associades amb antibiòtics s’expliquen per la disrupció de la comunitat microbiana comensal del tub digestiu. Aquesta disrupció rep el nom de disbiosi. La base de la disbiosi és el fet que la majoria d’antibiòtics són poc selectius, i tan afecten els patògens que han causat la infecció com els simbionts. Els efectes de la disbiosi es poden manifestar en pocs dies. La reconstitució espontània del microbioma danyat és sovint lenta i incompleta: els efectes d’uns dies de disbiosi poden notar-se d’un anys. Diversos estudis assenyalen que aquesta disrupció antibiòtica del microbioma intestinal podria augmentar el risc de patir obesitat, al·lergies i altres trastonrs autoimmunes i/o inflamatoris.

Tradicionalment, una preocupació era que l’afebliment del microbioma pogués donar oportunitats de colonitzacions a microorganismes infecciosos. Per això, es trobava adequat oferir aliments que continguessin microorganismes comensals del tub digestiu, principalment lactobacils, presents iogurs i altres derivats làctics. Alhora, hom suposava que els probiòtics ajudarien a la reconstitució del microbioma a mig termini. Però tant l’eficàcia dels probiòtics com el mecanisme subjacent d’acció han estat matèria de controvèrsia. La majoria d’estudis clàssics en humans es limitaven a prendre mostres fecals i a cultivar els microorganismes presents. Les tècniques òmiques permeten una valoració més completa de la diversitat microbiana present a la femta, però això sempre serà una dada indirecta de la situació de la mucosa digestiva.

En aquesta recerca, Jotham Suez et al. són pioners en l’exploració in vivo en humans de l’impacte del consum de probiòtics després d’una exposició a antibiòtics en la composició de la microbiota de la llum i de la mucosa intestinals. En aquesta recerca combinen biòpsies i mostres fecals, i l’estudi en humans amb l’estudi en ratolins. Comparen la reconstitució espontània amb l’assolida amb l’administració de probiòtics o amb el transplantament autòleg de microbioma fecal.

Experiments en ratolins

Els ratolins C57BL/6, tots mascles, arribaven a l’estabulari a les 8 setmanes d’edat (amb uns 20 grams). Eren introduïts en els experiments dues setmanes després de l’arribada. Cada grup experimental consistia en dues gàbies, amb cinc animals per cada gàbia.

Com a tractament antibiòtic, se’ls afegia a l’aigua de beguda 0,2 g/L de ciprofloxacina i 1 g/L de metronidazol.

Com a tractament probiòtic, se’ls feia una administració oral de 10 mL de sèrum en els quals havien dissolt una píndola de Supherb Bio-25. Aquesta administració es feia amb una periodicitat diària durant 4 setmanes. Superherb Bio-25 és una barreja d’11 soques bacterianes (Lactobacillus acidophilus, L. casei, L. casei sbsp. paracasei, L. plantarum, L. rhamnosus, Bifidobacterium longum, B. bifidum, B. breve, B. longum sbsp. infantis, Lactococcus lactis, i Streptococcus thermophilus).

Per al transplantament autòleg de microbioma fecal, es recolliren mostres de femta abans de l’administració d’antibiòtics, que eren congelades en nitrogen líquid. En el dia del transplantament, se les resuspenia en sèrum en condicions anaeròbies, se les cultivava en un medi Hungate, i el sobrenedant resultat era administrat per via oral a cada ratolí. El transplantament es feia el dia de la cessació de l’administració d’antibiòtics.

Conclosos els experiments, els ratolins eren sacrificats en una atmosfera de CO2. Als cadàvers se’ls practicava una laparotomia, i es recollien mostres de diverses seccions de l’intestí.

En total, en el marc d’aquest experiment es recolliren 710 mostres fecals, 680 mostres luminals i 680 mostres mucosals. D’aquestes mostres es feien extraccions d’ADN i d’ARN, i se n’obtenien dades metagenòmiques i metatranscriptòmiques.

Els experiments mostraven que en ratolins que havien seguit el tractament amb antibiòtics, els components del probiòtic feien una major colonització de la mucosa.

Per a la reconstitució del microbioma murí indígena, però, el tractament amb probiòtic tenia un impacte negatiu, endarrerint aquest procés de recuperació. En canvi, el transplantament autòleg de microbioma fecal millorava i accelerava la reconstitució.

Un estudi intervencional longitudinal prospectiu en 21 voluntaris humans sans que no consumeixen probiòtics

En aquest estudi participaren 21 voluntaris sans que no consumien probiòtics. Els 21 seguiren un tractament a dosis estàndards de ciprofloxacina i metronidazol durant set dies. Després se’ls dividia en tres grups:
– 7 voluntaris constituïen el grup de reconstitució espontània, sense rebre cap tractament post-antibiòtic.
– 6 voluntaris reberen un transplantament autòleg de microbioma fecal.
– 8 voluntaris seguiren el tractament amb el probiòtic Bio-Superherb-25: dues píndoles diàries durant 4 setmanes.

De cada participant es feien dues examinacions endoscòpiques:
– una primera colonoscòpia i endoscòpia profunda després de la setmana de tractament amb antibiòtics, per tal de caracteritzar la situació de disbiosi.
– una segona colonoscòpia i endoscòpia profunda tres setmanes més tard, per seguir la reconstitució.

Durant 6 mesos, es feien recollides periòdiques de femta dels voluntaris. En total, d’aquest estudi s’obtingueren 337 mostres luminals, 702 mostres mucosals, 557 mostres fecals i 362 biòpsies regionals.

El tractament amb antibiòtics induïa una profunda depleció de microbis en la femta. També hi havia una disrupció de la composició de la comunitat microbiana manifestada en les mostres fecals i mucosals. Les mostres mucosals obtingudes per endoscòpia, corresponents al tracte superior gastrointesinal, eren menys afectades que les obtingudes per colonoscòpia tant en termes de composició (ADN) com de funcionalitat (ARN).

En els voluntaris que prengueren probiòtic, hi hagué en general una expansió de la presència de Lactobacillus, Lactococcus i Streptococcus. Algunes d’aquestes expansions es mantingueren durant mesos després de cessar el tractament amb probiòtic. Suez et al. remarquen diferències inter-individuals en aquest grup: quatre individus responien molt bé al probiòtic en termes de la colonització intestinal d’aquestes espècies; un altre responia de manera més moderada; i tres d’ells eren més resistents a aquesta colonització.

En termes de reconstitució, el grup que hi arribava més ràpidament fou el que seguí el transplantament autòleg: en 1 dia després d’aquest tractament ja havien recuperat la composició microbiòtica originària. El grup de reconstitució espontània trigà més, i no assolí aquests valors fins després de 21 dies. Els qui seguiren el tractament amb probiòtics no havien recuperada aquesta composició després de 4 setmanes, i encara mantenien indicis de disbiosi 5 mesos després.

Un experiment in vitro

Amb aquests resultats, Suez et al. decidiren explorar el mecanisme pel qual els probiòtics interfereixen en la recuperació de la microbiota intestinal. Aixó que cultivaren el contingut de les píndoles de probiòtics en medis de cultiu selectius. Després de 24 h de cultiu anaerobis, els sobrenedants eren afegits a cultius de microbioma fecal humà, també sota condicions anaeròbies. Els sobrenedants dels cultius de probiòtics inhibien el creixement dels cultius de microbioma fecal humà. Per descartar que això fos un efecte dels àcids generats pels probiòtics, introduïren un control amb una acidesa similar de pH 4,0. Experiments ulteriors assenyalaven que aquest efecte era degut a substàncies secretades per Lactobacillus. Els components del microbioma més afectats eren Prevotella i grups de clostridials.

L’efectivitat del transplantament autòleg de microbioma fecal

Les dades de Suez et al. ofereixen un retrat metagenòmic i metatranscriptòmic de la microbiota gastrointestinal en el curs d’un tractament amb antibiòtics, i de la recuperació posterior. Els probiòtics, efectius en la colonització post-antibiòtica, perjudiquen a la llarga la recuperació de la microbiota originària. De fet, les dades indiquen un antagonisme actiu entre els probiòtics i alguns components de la microbiota resident.

Suez et al. consideren necessari aprofundir en la identificació dels factors probiòtics que inhibeixen la reconstitució del microbioma. Un millor coneixement permetria un disseny més adequats dels probiòtics o la seva combinació amb altres factors farmacològics.

Però on dipositen més esperances és en el transplantament autòleg de microbioma fecal. Són conscients, però, de les dificultats logístiques d’aquesta tècnica, que requeriria un emmagatzematge a llarg termini de mostres personals de femta i una producció extensiva de píndoles personals. Per això pensen més aviat en una estratègia que, primer, caracteritzi funcionalment el microbioma personal i, a partir d’aquesta informació, opti pel preparat més acostat.

Lligams:

Post-Antibiotic Gut Mucosal Microbiome Reconstitution Is Impaired by Probiotics and Improved by Autologous FMT. Jotham Suez, Niv Zmora, Gili Zilberman-Schapira, Uria Mor, Mally Dori-Bachash, Stavros Bashiardes, Maya Zur, Dana Regev-Lehavi, Rotem Ben-Zeev Brik, Sara Federici, Max Horn, Yotam Cohen, Andreas E. Moor, David Zeevi, Tal Korem, Eran Kotler, Alon Harmelin, Shalev Itzkovitz, Nitsan Maharshak, Oren Shibolet, Meirav Pevsner-Fischer, Hagit Shapiro, Itai Sharon, Zamir Halpern, Eran Segal, Eran Elinav. Cell 174: 1406-1423 (2018)

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

Una reprogramació in vivo de quatre factors de transcripció permet una ràpida epitelialització en un model d’úlcera cutània en ratolí

Juan Carlos Izpisua Belmonte, del Salk Institute for Biological Studies, és l’autor corresponsal d’un article publicat a la revista Nature en el qual ell i els seus col·laboradors comuniquen els resultats d’una tècnica de reprogramació in vivo en la regeneració del teixit epitelial cutani en un model d’úlcera en ratolins.

Anàlisi d’integració de TP63, GRHL2, TFAP2A i MYC. La transducció d’aquests quatre factors de transcripció promou la reprogramació de cèl·lules mesenquimals d’una úlcera en cèl·lules epitelials. Aquest protocol permet una epitelialització eficient i ràpida des de la superfície de l’úlcera cutània

Una alternativa per al recobriment epidèrmic d’úlceres incurables

Aquesta recerca fou concebuda i dissenyada experimentalment per Masakazu Kurita, Kiyonori Harii i Juan Carlos Izpisua Belmonte. Kurita ha estat el nexe d’unió entre el grup d’Izpisua a The Salk Institute de La Jolla i el grup de Harii al Departament de Cirurgia Plàstica de l’Escola Universitària de Medicina de Kyorin, a Tòkio. Ha estat Kurita qui conceptualitzà l’estudi i realitzà la majoria d’experiments i anàlisi. En la preparació d’animals i embrions, participaren Toshikazu Araoka, Tomoaki Hishida, Masahiro Sakurai, Mako Yamamoto i Reyna Hernandez-Benitez, tots ells de l’Institut Salk. En l’obtenció d’imatges histològiques participaren Araoka i Yamamoto. Keiichiro Suzuki, Yuta Takahashi i Akihisa Sakamoto, també del Salk, ajudaren amb la preparació de constructes en plàsmids i de virus adeno-associats (AAVs). Takahashi i Hitomi Eto (de Kyorin) contribuïren amb cultius tridimensionals organotípics. Hishida contribuí en l’assaig tumorigènic i en la detecció de luciferasa. Maxim Nikolaievich Shokirev, bioinformàtic del Salk, analitzà les seqüenciacions d’ARN. En la preparació dels gràfics i la redacció del manuscrit participaren Kurita, David D. O’Keefe, Jun Wu, Alejandro Ocampo, Pradeep Reddy i Izpisua. De la coordinació i supervisió de l’estudi s’encarregaren Pierre Magistretti, Estrella Nuñez Delicado, Harri i Izpisua.

El punt de partida de la feina de Kurita et al. és una reflexió clínica sobre les grans nafres cutànies. Si són prou esteses o prou profundes, no és possible un guariment. La incidència d’aquestes nafres puja amb l’edat. Per tractar-les actualment s’utilitzen sobretot els injerts de pell, però també existeixen teràpies basades en el transplantament de cultius cel·lulars de laboratori. En resum, són tècniques que requereixen la implantació de components epitelials ja existents. Kurita et al. treballen en el desenvolupament de fonts alternatives de recobriment epidèrmic.

Una reprogramació basada en la transducció de quatre factors de transcripció

Els factors de transcripció TP63, GRHL2, TFAP2A i MYC especifiquen la diferenciació cap a llinatges de cèl·lules cutànies. La transducció dels gens corresponents a aquests quatre factors de transcripció permet una reprogramació cel·lular.

En el protocol desenvolupat per Kurita et al. aquesta reprogramació es realitza in vivo en cèl·lules mesenquimals residents en les ferides d’un model en ratolí d’úlceres cutànies. La reprogramació és prou efectiva per permetre una epitelialització de la zona descoberta de la nafra, eficient i ràpida.

Kurita et al. consideren que aquest protocol pot servir de base per a una nova estratègia terapèutica per a la regeneració de la pell en ferides, que també podrien tindre aplicacions en altres afeccions dels mecanismes cutanis d’homeostasi i de reparació.

Lligams:

In vivo reprogramming of wound-resident cells generates skin epithelial tissue. Masakazu Kurita, Toshikazu Araoka, Tomoaki Hishida, David D. O’Keefe, Yuta Takahashi, Akihisa Sakamoto, Masahiro Sakurai, Keiichiro Suzuki, Jun Wu, Mako Yamamoto, Reyna Hernandez-Benitez, Alejandro Ocampo, Pradeep Reddy, Maxim Nikolaievich Shokhirev, Pierre Magistretti, Estrella Núñez Delicado, Hitomi Eto, Kiyonori Harii & Juan Carlos Izpisua Belmonte. Nature (2018)

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari