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News dal CNR – Tabagismo, Antiossidanti e Reti complesse

Nicotina, cavallo di Troia della cannabis

Il rischio di dipendenza da altre droghe non è relativo alla tipologia di sigarette, tradizionali o elettroniche contenenti la stessa dose di nicotina, poiché esse aumentano comunque la gratificazione indotta dal Δ9-tetraidrocannabinolo (THC), il principio attivo della marijuana, e quindi ne facilitano l’uso. Lo dice uno studio dell’Istituto di neuroscienze del Cnr pubblicato su European Neuropsychopharmacology, che dà importanti suggerimenti sui meccanismi molecolari alla base di questo effetto

Il tabagismo rappresenta indubbiamente un grande problema di sanità pubblica, essendo uno dei maggiori fattori di rischio prevenibile per lo sviluppo di patologie neoplastiche, cardiovascolari e respiratorie. Secondo l’Organizzazione mondiale della sanità, inoltre, l’uso del tabacco può determinare l’insorgenza di disturbi mentali, comportamentali e fisici tipici delle dipendenze. Studi epidemiologici hanno peraltro mostrato che il consumo di tabacco è predittivo per il futuro consumo di altre droghe come cannabis e cocaina. Le sigarette elettroniche contenenti nicotina sono proposte come sostituto per diminuire l’uso delle sigarette convenzionali e gli effetti nocivi del tabacco combusto, ma ancora non è chiaro se l’eventuale beneficio sia estendibile a tutti gli effetti del fumo di tabacco. Ricercatori dell’Istituto di neuroscienze del Consiglio nazionale delle ricerche di Milano (Cecilia Gotti e Mariaelvina Sala, associato) in collaborazione con colleghi del Dipartimento Biometra delle Università degli Studi di Milano (Milena Moretti e Paola Viani, Francesco Clementi) e di Modena-Reggio Emilia (Michele Zoli) e ai ricercatori finanziati dalla Fondazione Zardi-Gori (Braida Daniela e Luisa Ponzoni)   hanno cercato di chiarire questo aspetto con un lavoro riportato nella rivista European Neuropsychopharmacology: ‘Increased sensitivity to Δ9-THC-induced rewarding effects after seven-week exposure to electronic and tobacco cigarettes in mice’.

“Tabacco e marijuana sono le sostanze usate più comunemente dagli adolescenti a scopo ricreativo, spesso in associazione tra loro, e la frequenza dell’uso della seconda è associata alla dipendenza da nicotina, la principale sostanza d’abuso presente nel tabacco. Inoltre, il lavoro sperimentale dei coniugi Eric (già vincitore del premio Nobel) e Denise Kandel del Department of Neuroscience, della Columbia University NY, ha posto le basi molecolari per capire come la nicotina possa abbassare la soglia per la dipendenza da altre sostanze, come marijuana e cocaina (cosiddetto effetto gateway)”, premette Cecilia Gotti dell’Istituto di neuroscienze del Cnr.

“Il nostro studio ha ora dimostrato che, in modelli animali validati in questo campo, l’esposizione alla nicotina assunta attraverso il fumo di tabacco o vapori di sigaretta elettronica, in quantità simile a quella assunta da un fumatore nell’arco di circa 5 anni, aumenta gli effetti gratificanti del Δ9-tetraidrocannabinolo (THC), il principio attivo della marijuana”, prosegue la ricercatrice. “Somministrando anche una dose di Δ9-THC molto bassa (sottosoglia) in animali già esposti al fumo di tabacco o ai vapori della sigaretta elettronica si ottiene un forte effetto gratificante che non si riscontra in quelli esposti all’aria pura”.

Lo studio ha inoltre registrato una serie di alterazioni molecolari cerebrali legate proprio a questa maggiore risposta comportamentale al Δ9-THC negli animali esposti a nicotina: “Ad esempio un’aumentata espressione del fattore di trascrizione ΔfosB, ed un’alterata espressione dei recettori AMPA del glutammato a livello del nucleo accumbens, snodo essenziale nelle vie cerebrali del piacere”, conclude Gotti. “Lo studio pertanto conferma che la nicotina, in qualunque modo assunta, diventa una sorta di cavallo di Troia che aumentando la gratificazione da cannabis ne facilita l’uso e dà importanti suggerimenti sui possibili meccanismi molecolari alla base di questo effetto. Quindi, il rischio di dipendenza da altre droghe non è relativo alla tipologia di sigarette, tradizionali o elettroniche, ma al livello di nicotina assunto per loro tramite. Va ricordato che questo effetto è particolarmente grave se l’esposizione alla nicotina avviene nell’adolescenza, periodo delicato per quanto riguarda la crescita del cervello”.

Questi risultati suggeriscono la necessità di considerare a livello delle politiche sociosanitarie il problema della pericolosità della sigaretta elettronica soprattutto tra gli adolescenti che, sempre più diffusamente e ad età sempre più precoci, utilizzano questi dispositivi di assunzione della nicotina.

Roma, 27 febbraio 2019

La scheda

Chi: Istituto di neuroscienze del Consiglio nazionale delle ricerche di Milano, Dipartimento Biometra delle Università degli Studi di Milano e di Modena-Reggio Emilia

Che cosa: Increased sensitivity to D9-THC-induced rewarding effects after seven-week exposure to electronic and tobacco cigarettes in mice. Ponzoni L1, Moretti M2, Braida D3, Zoli M4, Clementi F2, Viani P3, Sala M2, Gotti C5. 
​PUMED

Cavitazione idrodinamica trasforma gli aghi di abete in una soluzione antiossidante

Un processo efficiente e a bassa temperatura, basato sulla tecnologia della cavitazione idrodinamica controllata, per estrarre in acqua straordinari composti bioattivi dagli aghi di abete bianco: estraendo solo 500 grammi di aghi in oltre 100 litri di acqua, risulta un additivo superfood più potente rispetto alle Vitamine C ed E. Lo studio, condotto da un team di ricerca del Consiglio nazionale delle ricerche (Ibimet, Iret), è pubblicato su Foods.

Una soluzione a base di acqua e aghi di abete bianco della montagna toscana, in concentrazione di appena lo 0.44%, ottenuta attraverso un processo di cavitazione idrodinamica controllata, ha dimostrato capacità antiossidanti equiparabili o migliori rispetto alle sostanze comunemente usate come riferimento, dalle Vitamine C ed E, al Resveratrolo alla Quercetina. È quanto emerge da uno studio condotto da studiosi del Consiglio nazionale delle ricerche, dell’Istituto di biometeorologia Ibimet (HCT-agrifood Laboratory) e dell’Istituto di ricerca sugli ecosistemi terrestri (Iret), dal titolo ‘Affordable production of antioxidant aqueous solutions by hydrodynamic cavitation processing of silver fir (Abies Alba Mill.) needles’, pubblicato dalla rivista Foods.

“Il risultato è interessante non solo in sé, in quanto svela un tesoro nascosto e di grande valore delle conifere e approfondisce le conoscenze sugli antiossidanti naturali, ma anche per il processo di estrazione utilizzato, basato sulla cavitazione idrodinamica, che sta emergendo come una delle tecnologie più promettenti e innovative per l’estrazione di componenti alimentari e sottoprodotti dalla materia prima di scarto della filiera agro-alimentare e, da oggi, anche forestale”, osserva Francesco Meneguzzo del Cnr-Ibimet, che aggiunge: “In estrema sintesi, la cavitazione è un fenomeno di formazione, accrescimento e implosione di bolle di vapore in un liquido a temperature inferiori rispetto al punto di ebollizione, che genera microambienti caratterizzati da temperature localmente elevatissime e intense onde di pressione e getti idraulici, capaci di intensificare una serie di processi fisici, chimici e biochimici, in modo efficiente e ‘verde’. Per la prima volta, tale metodo è stato applicato al processamento degli aghi di abete (in particolare quelli della specie Abies Alba Mill), con risultati sorprendenti”.

La possibilità di produrre soluzioni funzionali senza l’uso di alcun solvente sintetico, in modo non solo rapido, economico e scalabile fino al livello industriale, ma anche capace di trasferire in soluzione acquosa una parte molto più grande dell’attività antiossidante del materiale di partenza, estraendone i principi attivi in modo potenziato, rappresenta una grande opportunità per diversi settori. “I risultati ottenuti nello studio rispondono infatti pienamente al crescente interesse scientifico e industriale per le sostanze antiossidanti naturali, da applicare nei campi della funzionalizzazione e conservazione delle bevande, sia vegetali analcoliche, sia, per esempio, birra, a fini dietetici e salutari, della stimolazione della crescita di certe colture tra cui il frumento, della conservazione degli alimenti lipidici, della cosmetica, consentendo di superare una serie di inconvenienti legati agli attuali metodi di estrazione”, prosegue Francesco Meneguzzo. “Le proprietà delle conifere, ad esempio, sono note da tempo e già utilizzate in diversi campi, ma la variabilità delle loro proprietà bioattive, la complessità dei metodi di estrazione e l’uso di sostanze chimiche sintetiche costose e potenzialmente dannose, hanno rappresentato fino ad ora un ostacolo alla loro diffusione e utilizzo”.

I risultati ottenuti con la cavitazione idrodinamica, in termini di efficienza, economicità e sostenibilità del processo e di qualità e quantità degli antiossidanti estratti dagli aghi di abete bianco, “aprono dunque una nuova strada per valorizzare una specie vegetale dalle ottime potenzialità, dando nuova vita ai sottoprodotti della gestione forestale e, non da ultimo, indirizzando l’attenzione ad una specie spesso trascurata”, conclude Francesco Meneguzzo. “Lo studio conferma il potenziale del processo di cavitazione idrodinamica per la creazione di soluzioni acquose arricchite con composti bioattivi estratti da piante e biomassa vegetale, prive di solventi e ottenute attraverso un processo di produzione efficiente, per ridurre il consumo di risorse e generare prodotti sani e di alta qualità”.

Roma, 26 febbraio 2019

Link immagini

La scheda

Chi: Istituto di biometeorologia del Cnr e Istituto di ricerca sugli ecosistemi terrestri del Cnr

Che cosa: ricerca pubblicata sulla rivista internazionale Foods (open acces) che illustra il metodo innovativo di estrazione in acqua degli aghi di abete bianco e la relativa funzionalizzazione; DOI   

Per approfondimenti: Capitoli recentemente pubblicati sulle applicazioni della cavitazione idrodinamica:

•         Albanese & Meneguzzo, 2019. 7 – Hydrodynamic Cavitation-Assisted Processing of Vegetable Beverages: Review and the Case of Beer-Brewing, in: Grumezescu, A.M., Holban, A.M. (Eds.), Production and Management of Beverages. Woodhead Publishing, pp. 211–257. DOI https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815260-7.00007-9

•         Albanese & Meneguzzo, 2019. 10 – Hydrodynamic Cavitation Technologies: A Pathway to More Sustainable, Healthier Beverages, and Food Supply Chains, in: Grumezescu, A.M., Holban, A.M. (Eds.), Processing and Sustainability of Beverages. Woodhead Publishing, pp. 319–372. DOI https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815259-1.00010-0

Massima entropia e reti complesse: dalla finanza alla biologia

Una collaborazione tra Istituto dei sistemi complessi del Cnr, Imt di Lucca e Università di Leiden ha prodotto un framework comune, basato sulle idee proprie della fisica statistica, per la modellizzazione di reti complesse, applicabile a sistemi reali che spaziano da quelli socio-economici a quelli naturali. La principale applicazione si ha quando bisogna ricostruire la struttura di tali sistemi a partire da informazioni parziali. Ad esempio, nel caso delle banche e degli scambi finanziari coperti dalla privacy. Lo studio è pubblicato nel numero inaugurale di Nature Reviews Physics

Molti sistemi socio-economici e naturali possono essere efficacemente modellizzati come reti in cui i nodi rappresentano gli elementi che interagiscono tra loro e i legami le interazioni stesse le quali spesso danno luogo a strutture complesse ed irregolari. Tale modellizzazione è fondamentale per lo studio approfondito di tali sistemi: talvolta, però, non si ha accesso alla struttura totale della rete, ma si ha un’informazione parziale, da cui sorge la necessità di elaborare modelli statistici adatti alla ricostruzione della rete globale. Fisici esperti di teoria delle reti dell’Istituto dei sistemi complessi del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Isc), in collaborazione con colleghi della scuola Imt di Lucca e dell’Università di Leiden in Olanda, hanno pubblicato nel numero inaugurale di Nature Reviews Physics un lavoro dove si presenta un approccio matematico comune a questi problemi, basato sui metodi e le idee proprie della fisica statistica, che permette ampie applicazioni in ambiti scientifici che vanno dalla biologia alla descrizione delle reti sociali ed economiche.

“Spesso questi sistemi sono schematizzati come reti per le quali, nel recente passato, sono stati sviluppati molti strumenti teorici e numerici di analisi, a partire dalla teoria matematica dei grafi. È il caso per esempio delle reti bancarie che scambiano moneta o titoli, degli ecosistemi con specie legate da rapporti preda-predatore o delle rete funzionali delle aree corticali del cervello, che interagiscono dinamicamente”, spiega Andrea Gabrielli, ricercatore Cnr-Isc. “Tuttavia, per limiti sperimentali o imposti dall’esterno, come le clausole di privacy che non permettono la conoscenza di tutti gli scambi finanziari in una rete interbancaria, l’informazione parziale sulla rete rende necessaria la formulazione di modelli statistici per dedurne le sue proprietà strutturali”.

Una delle applicazioni principali di questa nuova metodologia è appunto relativa alle reti finanziarie. “Le banche sono infatti obbligate a rivelare il proprio debito e credito totale, ma in genere non permettono l’accesso a informazioni riguardo ai singoli scambi con altre istituzioni finanziarie. Questa mancanza di conoscenza determina l’impossibilità di misurare la presenza di un’eventuale instabilità nascosta del sistema”, prosegue il collega di istituto Giulio Cimini. “Ad esempio, se la banca A ha prestato denaro alla banca B, che a sua volta ha prestato denaro a una banca instabile C, non solo B, ma anche A diventa instabile per effetto della catena di prestiti. Quando le banche centrali hanno testato i diversi metodi teorici in letteratura per ricostruire un sistema bancario, quello da noi proposto è risultato il migliore” (Anand et al. 2018, Journal of Financial Stability 35, 107-119).

Il presente lavoro riassume i risultati di una lunga collaborazione che ha permesso di formulare una vera e propria meccanica statistica basata sui concetti di ensemble statistici e di massima entropia vincolata. Ciò consente di ricostruire molti sistemi interagenti reali schematizzabili come reti d’interazioni e permette applicazioni molto importanti dal punto di vista scientifico. Un’altra applicazione importante consiste nel capire quali proprietà strutturali della rete contengono l’informazione fondamentale e quali sono sostanzialmente casuali. Tale distinzione viene fatta attraverso un confronto con modelli detti nulli, ottenuti tramite la stessa tecnica meccanico-statistica che consente di eseguire test statistici anche in presenza di una sola osservazione della rete reale”.

Roma, 14 febbraio 2019

La scheda

Chi: Istituto dei sistemi complessi del Cnr (Cnr-Isc)

Che cosa: G Cimini, T Squartini, F Saracco, D Garlaschelli, A Gabrielli, G Caldarelli, The statistical physics of real-world networks, Nature Reviews Physics 1, 58-71 (2019);

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